ČASOPIS ZA VAKUUMSKO ZNANOST, TEHNIKO IN TEHNOLOGIJE, VAKUUMSKO METALURGIJO, TANKE PLASTI, POVRŠINE IN FIZIKO PLAZME LJUBLJANA, JULIJ 96 LETNIK 16, ŠT. 2,1996 umr UDK 533.5.62:539.2:669-982 ISSN 0351-9716 VAKUUMIST 16/1 (1996) ISSN 0351-9716 VSEBINA □ Sodobne zasteklitve: visoko izolativna in inteligentna ("smart") okna (B. Orel) □ Kemično črpanje v vakuumskih tehnologijah (B. Ferrario) □ Naprševalne ionsko-getrske črpalke (A. Pregelj, M. Drab. I. Grašič) □ Iznajdba in razvoj katodne elektronke in drugih vakuumskih elementov za televizijo (II. del) (S. Južnič, V. Nemanič) □ NASVETI (J. Gasperič, P. Panjan) □ DRUŠTVENE NOVICE □ IZOBRAŽEVANJE □ OBVESTILA Slika na naslovni strani prikazuje difuzijske črpalke, ki so jih skonstruirali in izdelali na Inštitutu za elektroniko in vakuumsko tehniko v Ljubljani. Njihove tehnične karakteristike so prilagojene zahtevam tujega kupca, ki jih vgrajuje v naprave za izdelovanje televizijskih katodnih cevi (Sony, Samsung, Panasonic, ...). Vsi sestavni deli, vključno s sistemom šob, so narejeni iz nerjavnega jekla. Premer sesalne odprtine je 100 mm, črpalna hitrost pa 330 l/s. Izdelujejo tudi difuzijske črpalke z nekoliko manjšo sesalno odprtino (63 mm) in črpalno hitrostjo 130 l/s. V lanskem letu so za tuje naročnike izdelali 1500 difuzijskih črpalk. SPONZORJA VAKUUMISTA: Ministrstvo za šolstvo in šport Slovenije Balzers PFEIFFER GmbH, Dunaj Obvestilo Naročnike Vakuumista prosimo, da čim prej poravnate naročnino za leto 1996. Cena štirih številk, kolikor jih bo izšlo v letu. je 1000,00 tolarjev. □ VAKUUMIST □ Izdaja Društvo za vakuumsko tehniko Slovenije O Glavni in odgovorni urednik: dr Peter Panjan □ Uredniški odbor: mag. Andrej Demšar, dr. Jože Gasperič (urednik za področje vakuumske tehnike in sistemov), dr Bojan Jenko dr. Monika Jenko (urednica za področje vakuumske metalurgije), dr. Ingrid Milošev, mag Miran Mozetič. mag. Vinko Nemanič, Marjan Olenik. dr. Boris Orel, mag. Andrej Pregelj, dr. Vasilij Prešern in dr Anton Zalar □ Lektor: dr. Jože Gasperič O Korektor: dr. Milan Ambrožič □ Naslov. Uredništvo Vakuumista, Društvo za vakuumsko tehniko Slovenije, Teslova 30, 1000 Ljubljana, tel. (061 >123-13-41 □ Številka žiro računa: Društvo za vakuumsko tehniko Slovenije, 50101-678-52240 □ Grafična obdelava teksta: Jana Strušnik □ Tisk:PLANPRINT d.o.o. - Uttera picta. Rožna dolina, c. IV/32-36. 1000 Ljubljana □ Naklada 400 izvodov 16 VAKUUMIST 16/2(1996) ISSN 0351-9716 IZOBRAŽEVANJE ^r-r-i,::.!:":"^^;'^1-'. r.X-. >. :> i iS;... IZOBRAŽEVALNI TEČAJI v letu 1996 Vse uporabnike vakuumske tehnike obveščamo, da sta v letu 1996 predvidena še naslednja strokovno-izobraževalna tečaja: VZDRŽEVANJE VAKUUMSKIH NAPRAV 15. in 16. oktober 1996 Pod tem naslovom bo obravnavana predvsem tematika, ki jo srečujemo v tehniki grobega vakuuma. To je: delovanje, vzdrževanje in popravila rotacijskih črpalk, pregled in uporaba različnih črpalk, ventilov in drugih elementov, meritve vakuuma, hermetičnost in odkrivanje netesnosti v vakuumskih sistemih, materiali za popravila, tehnike čiščenja in spajanja, skupno 20 šolskih ur, od tega tretjina praktičnih prikazov in vaj. Cena tečaja je 30.000 SIT. Vsak tečajnik bo prejel tudi brošuro "Vzdrževanje vakuumskih naprav" in potrdilo o opravljenem tečaju. OSNOVE VAKUUMSKE TEHNIKE 26., 27. in 28. november 1996 Pri tem tečaju je večji poudarek na teoretičnem razumevanju snovi. Obravnavana so vsa že prej omenjena področja in poleg tega še: pomen in razvoj vakuumske tehnike, fizikalne osnove, črpalke za visoki vakuum, tankoplastne in druge vakuumske tehnologije, čisti postopki, analize površin ter doziranje. čiščenje in preiskave plinov - skupno 26 ur z vajami in ogledom Inštituta za elektroniko in vakuumsko tehniko. Inštituta za tehnologijo površin in optoelektroniko in Instituta "Jožef Štefan" Cena tečaja je 28.000 SIT. Udeleženci prejmejo zbornik predavanj "Osnove vakuumske tehnike" in potrdilo o opravljenem tečaju. Oba tečaja se pričneta ob 8.00 uri v knjižnici Inštituta za elektroniko in vakuumsko tehniko, Teslova 30, Ljubljana. Prosimo interesente, da se informativno javijo čimprej, za dokončno potrdilo udeležbe pa velja kopija položnice o plačilu - najkasneje tri dni pred pričetkom tečaja na naslov: Društvo za vakuumsko tehniko Slovenije, Teslova 30, 1001 Ljubljana (štev. žiro računa: 50101-678-52240). Prijave sprejema organizacijski odbor (Koller. Spruk, Mozetič, Nemanič). ki daje tudi vse dodatne informacije (tel. 061 1264584 ali 1264592). Mobilni telefon BUS 1 : 0609 623-663 BUS 2: 0609 625-737 GSM: 0043-664-342 89 15 -O O. Vabimo vos, do z nomi obiščete sanjski Gardaland, kjer vas čaka veliko naravnih lepot. Tam se lahko popeljete z vlakom smrti ah sprehodite po faraonskih grobnicah, doživite pravi afriški satan, divji zahod itd.. ODHODI AVTOBUSOV VSAKO SOBOTO CENA SAMO 5.400 SIT Ol o BENO TOURS AVTOBUSNI PREVOZI PO DOMOVINI IN TUJINI. ORGANIZIRANJE IZLETOV JEZERO 87 SLO - 1352 PRESERJE lel 061 632-066 tel/fax: 061 632-513 Obenem vas vabimo na nakupovalne izlete na Madžarsko ODHODI AVTOBUSOV OB ČETRTKIH IN SOBOTAH CENA SAMO 2.000 SIT .»A BENOTOURS ZA ORGANIZIRANE SKUPIME ODHODI PO ŽELJI V TEAA PRIMERU TUDI DODATNI POPUST 29 Vacuum Technology Balzers PFEIFFER Austria Majhne turbomolekularne črpalke Da ne boste spregledali niti ene več, smo se nečesa spomnili. V našem razvojnem ' ; : oddelku nenehno razmišljamo o uporabi vakuuma pri naših kupcih. Kajti razvoj je za nas uresničevanje vakuumske tehnologije. To je dodatna, pomoč našim kupcem pri njihovem delu. ki bodo "kakovosten vakuum" še pocenili. Hkrati pa je to razvoj naših izdelkov, ki jih nenehno izboljšujemo, da bo vakuum pri postopku in obratovanju še bolj zanesljiv. Delovanje naših črpalk odpove pri manj kot 1 odstotku. Zato smo. po mnenju naših kupcev, vse bolj konkurenčni. Naši rezultati dokazujejo, da damo pri nas vse za "nič" (= vakuum). S> Balzers Pfeiffer GmbH Diefenbachgasse 35 A-1150 Wien Tel.:+ 43 1 894 17 04 Fax:+ 43 1 894 17 07 ISSN 0351-9716 VAKUUMIST 16/2(1996) Univerza v Ljubljani • • Institut "Jožef Štefan", Ljubljana, Slovenija • Center za trde prevleke, Domžale Zakaj titanov in kromov nitrid? • Ker trdi zaščitni prevleki povečata obstojnost orodij in strojnih delov (3-20 krat) • Ker preprečujeta hladno navarjanje materiala na orodju • Ker je obdelava s prekritimi orodji kvalitetnejša (manjša hrapavost za 30 do 50%) • Ker orodja prekrita s trdo zaščitno prevleko, omogočajo povečanje produktivnosti (do 100%) in manjšo porabo energije • Ker boste s prekritimi orodji povečali gospodarnost obdelave JOSTiN tehnologija - pot do vašega uspeha Se ukvarjate s proizvodnjo kovinskih, plastičnih in drugih izdelkov? Ali ne zahtevajo vaši naročniki nenehno cenejše in kvalitetnejše izdelke? Ali niste prisiljeni neprestano povečevati produktivnosti? Pa vas zaradi vseh teh težav boli glava in ne morete spati? Uporabljate orodja in matrice prekrite s JOSTiN (TiN) in CrN zaščitno prevleko? Če ne, potem je skrajni čas, da izkoristite možnosti, ki vam jih nudimo s JOSTiN in CrN tehnologijo. Vaših težav ter neprespanih noči bo v trenutku konec; vaš proizvodni proces bo potekal učinkoviteje in ceneje. Tisoče naših stalnih strank ve, da to niso prazne obljube. Informacije in naročila: • Institut "Jožef Stefan", Odsek za tanke plasti in površine. Jamova 39, 1001 Ljubljana, pp 3000, tel.: (061) 1773 278 in 1773 276, fax: (061) 219 385 ali 273 677 • Center za trde prevleke, Ljubljanska 80-I, 1230 Domžale, tel-fax: (061) 714 586, tel.: (061) 1773 294 30 tSS*035V97A6 S3SS* tehnik on«2959.^0VL ISSN 0351-9716 VAKUUMIST 16/1(1996) MEDIVAK MEDIVAK, d.o.o Šolska ulica 21 SLO - 1230 Domžale tel. fax 00386 61 713060 mobitel 0609 615 455 žiro račun 50120-601-114647 HITRA POMOČ V TEŽAVAH ODKRIVANJE NETESNOSTI Helijski masni spektrometer UL 200 - vakuumski sistemi - vakuumski agregati - nizko- in visokotlačne posode - ventili, spoji - energijske postaje IZPOSOJA VAKUUMSKIH ČRPALK LEYBOLD 24 URNI SERVIS - vakuumskih črpalk - analiznih aparatov - odkrivanje netesnosti IZOBRAŽEVANJE S področja ODKRIVANJE NETESNOSTI T x . ^ . „ _ . , - Tečaje organiziramo na sedežu firme v Domžalah. POPRAVILA ČRPALK ¿e se pnjavj najmanj 6 oseb. 32 VAKUUMIST 16/1(1996) ISSN 0351-9716 MEDIVAK MEDIVAK, d.o.o. Šolska ulica 21 SLO - 1230 Domžale tel. fax mobitel žiro račun 00386 61 713060 0609 615 455 50120-601-114647 ZASTOPSTVO SERVIS SVETOVANJE LEYBOLD SPECTRO Vakuumske naprave, izmenjevalniki, analitski aparati Vakuumske tehnologije, vakuumska metalurgija, trde in tanke plasti, analitika Kontrola vakummskih naprav in sistemov PRODAJNI PROGRAM "LEYBOLD" Vakuumske črpalke • Rotacijske vakuumske črpalke s priborom • Eno in dvostopenjske (1 do 1200 m3/h) • Roots vakuumske črpalke - RUVAC (150 do 13000 m /h) • Membranske in ejektorske vakuumske črpalke - DIVAC 2,4 L • Difuzijske črpalke (40 do 50.000 l/s) • Turbomolekularne črpalke (50 do 4500 l/s) • Sorpcijske črpalke, kriočrpalke, ionsko-getrske in sublimacijske titanske črpalkke Vakuumski črpalni sistemi • za kemijsko in drugo industrijo Vakuumski ventili • Varnostni, dozirni • Kroglični, loputni in UW • Prehodni in kotni KF. ISO-K, ISO-F Vakuumski elementi in prirobnice - Serije KF, ISO-K, ISO-F in UHF Mehanske in električne prevodnice Merilniki vakuuma in kontrolni instr. — Absolutni medtlaki in merilec delnih tlakov (od 1.10-12 do 2000 mbar) Procesni regulatorji Detektorji netesnosti (puščanja) — Helijski in freonski detektorji Masni spektrometri s priborom Vakuumska olja, masti, rezervni deli SPECTRO I AnoAytftcoi fer ali ta i ki its 33 ISSN 0351-9716 VAKUUMIST 16/2(1996) B a I z e rs PFEIFFER Austria Vacuum Technology Predstavljamo še analitski sistem za zagotavljanje kvalitete in nadzorovanje procesa. Turbomolekularna črpalka 1600 MC Samo eden od naših prispevkov k tako imenovani ključni tehnologiji Vzemite si samo trenutek časa. Oglejte si turbomolekularno črpalko 1600 MC. To je samo eden od naših inovativnih prispevkov h ključni tehnologiji, kot je na primer polprevodniška tehnika. Že na prvi pogled boste ugotovili, kaj zmore taka črpalka, primerna za vsakodnevno uporabo, in katere so njene prednosti - je posebej primerna za črpanje agresivnih plinov - končni tlak <10"9 mbar pri predtlaku 12 mbar - stroški obratovanja so manjši (mazanje ni potrebno, vzdrževanje tudi ne. potrebne so le manjše predčrpalke - delovanje je zanesljivo, ker ni krogličnih ležajev - montaža je enostavna, lega ni pomembna, med delovanjem se skoraj ne trese - z dodatnimi deli "TMS" boste preprečili zgoščevanje agresivnih plinov in še marsikaj drugega. Posrečena je kombinacija odličnih, doslej samostojnih komponent, ki sestavljajo črpalko visoke zmogljivosti. Scan d.o.o. Breg ob Kokri 7 SI-4205 Preddvor Tel.: +386 64 45 383 Fax: + 386 64 45 050 34 S Around the World... Around the Process. Wir helfen Ihnen bei der Optimierung Ihres Prozesses Druckmessung Gasartunabhängige, korrosionsfeste Kapazitätsmanometer höchster Genauigkeit und Zuverlässigkeit für Vakuum und Überdruck. Druckregelung Mikroprozessorgesteuerte, automatische Prozeßdruckregelung mittels motorgesteuerter Drosselventile oder elektromagnetischer Gaseinlaßventile. Service und Kaiibrierdienst Weltweit vernetzte Service- und Kalibrierstationen mit hochqualifizierten Mitarbeitern garantieren optimale Unterstützung. Gasversorgung Digitale und analoge Gasflußregler. Auch Ganz-Metall-gedichtete für ultra-clean-Anwendungen, Gasmischsysteme, Massen-flußregler für Dämpfe, Flüssigkeiten und unter Normalbedingungen feste Materialien. Gasanalyse Restgasanalyse mit PC-gesteuertem Kompakt-Massenspektrometer Kalibriersysteme Tragbare, fahrbare und stationäre Kalibriersysteme für Vakuum-, Überdruck-und Gasflußmeßgeräte. Kunden- bzw. applikationsspezifische Lösungen. MKS Instruments Deutschland GmbH, Schatzbogen 43, D-81829 München Tel. (089) 42 0008-0 • Fax (089) 42 41 06 ZASTOPSTVO SERVIS SVETOVANJE MEDIVAK MEDIVAK, d.o.o. Šolska ulica 21 SLO - 1230 Domžale tel. fax mobitel žiro račun 00386 61 713060 0609 615 455 50120-601-114647 PERK IN ELMER Samo najboljši analitski instrumenti so dovolj dobri za nas in naše stranke. Da so res najboljši, pove že njihova znamka, za njihovo uglasitev pa poskrbimo mi. • biotehnologija • atomska spektroskopija • ICP • ICP-MS • upravljanje podatkov • GC-IR • FT-IR • elementna analiza • termična analiza • LC • LC-MS • GC • GC-MS • UV/VIS • fluorescenca KemoAnalitika družba z omejeno odgovornostjo zastopstvo Perkin Elmer za Slovenijo Štrekljeva 3, Ljubljana tel. 061 /125 03 15, 061 /125 11 05 fax 061 /125 11 10 ISSN 0351-9716 VAKUUMIST 16/2(1996) SODOBNE ZASTEKLITVE: VISOKO IZOLATIVNA IN INTELIGENTNA ("SMART") OKNA Boris Orel, Kemijski inštitut, Hajdrihova 19, 1000 Ljubljana Novel highly insulating and switchable ("smart") windows for buildings ABSTRACT Thermal and optical properties of various windows filled with different inert gases and equipped with various heat and protective coatings on glass are described and discussed in term of the window efficiency in various climatic conditions. Utilization of the novel electrochromic and gasochromic windows with variable optical transmission in visible and near-IR spectral range of solar radiation spectrum are discribed and their inpact on the energy saving of building is briefly discussed IZVLEČEK V članku opisujemo toplotno prevodnostne in optične lastnosti oken. Novost so elektrokromna in gasokromna okna. ki imajo zaradi spremenljivih optičnih lastnosti, večjo učinkovitost v različnih klimatskih razmerah 1 UVOD Na evropskem trgu prevladujejo okna z dvojno zasteklitvijo in argonskim (Ar) ali kriptonskim (Kr) polnjenjem. Razlog za takšno stanje je v državni regulativi in veljavnih standardih, po katerih se vsaj v Nemčiji zahteva, da je toplotna prevodnost U okna pod 1,8 W/m2K in da se mora pri celotnem enegijskem ravnotežju stavbe upoštevati tudi prepuščeno sončno sevanje. Obstaja vrsta načinov, s katerimi lahko ugotovimo optične in termične lastnosti oken, ter delež, ki ga predstavlja sončno sevanje v energijski bilanci stavbe. Ne glede na vrsto izračuna in na pot, ki jo uberemo, pa je energijska učinkovitost oken odvisna še od klimatskih razmer ter je različna za različno usmerjena pročelja (sever, jug). V tem prispevku želimo prikazati medsebojni vpliv toplotne prevodnosti okna ter njegovih optičnih lastnosti - predvsem prepustnosti za sončno sevanje v spektralnem območju od 0,3 do 2,5 |im - na energetsko ravnotežje stavbe ter predstaviti nove rešitve, ki jih nakazujejo inteligentna ("smart") okna. Le-ta imajo sposobnost prilagajanja svojih optičnih lastnosti in to tako, kot jih narekujejo spremenljivost dotoka sončnega sevanja ter energijske potrebe stavbe. Tako bomo po vrsti predstavljali nekatere nove rešitve okenskih zasteklitev z nizko emisijskimi prevlekami, nove prevleke za zmanjšanje odbojnosti stekel ter na primeru inteligentnih oken s spremenljivimi optičnimi lastnostmi predstavili dosežke Laboratorija za spektroskopijo materialov. 2 REZULTATI IN RAZPRAVLJANJA Okno mora zadoščati štirim med seboj nasprotujočim si zahtevam: (i) imeti mora majhne toplotne izgube (majhno vrednost U ali velik toplotni upor) (ii) omogočati mora v največji meri dotok sončnega sevanja v prostor (visoko prepustnost) (iii) zagotoviti mora pravilno osvetlitev in (iv) preprečiti mora pregrevanje prostora. Zadostiti le prvi od zahtev je relativno enostavno z uporabo polnjenja dvojnih ali trojno zasteklenih oken z inertnimi plini (Ar, Kr, Xe) in z uporabo stekel s prevlekami z nizko termično emisivnostjo (eT - "low e-glass"). Čeprav imajo takšna trojno zasteklena okna toplotno prevodnost že od 0.4 do 0,6 W/m2K, so njihove optične lastnosti slabe, saj znaša prepustnost sončnega sevanja samo 42 %. To je bistveno manj, kot je prepustnost trojno zasteklenih oken s šipami brez nizkoemisijskih prevlek, ki prepuščajo kar 65 % sončnega sevanja. »zrnati aerogel + kapilami aerogel ■ heksagonalni aerogel • trezno 2x eT, Kr ▲ trojno 2x eT, Xe O dvojno 1x eTt mehko' • dvojno 1x eT, 'trdo o ovojno »trolno Q beljene lastnosti 0 0.5 1 1.5 2 25 3 prevodnost U(W/m!K"') " Slika 1. Odvisnost celokupne sončne prepustnosti (v %) od toplotne prevodnosti za različne vrste oken Podatki, prikazani na sliki 1, nazorno kažejo na kom-promisnost rešitev. Te so v istočasnem zmanjšanju toplotne prevodnosti dvojno in trojno zasteklenih oken, opremljenih z nizkoemisijskimi prevlekami, kar gre na račun njihove bistveno manjše prepustnosti za sončno sevanje. Med najboljša okna sodijo tista, kjer je polnilni plin Xe nadomestil sicer bolj uporabljani Ar in pri katerih so na steklih tanke prevleke plemenitih kovin z nizko emisivnostjo. Okna z vstavljeno polikarbonatno ali poliakrilatno transparentno izolacijo (TIM - Transparent Insulation Materials) različnih oblik (zrnato, kapilarno ali heksagonalno) se sicer odlikujejo po visoki prepustnosti za sončno sevanje ob istočasni nizki toplotni prevodnosti, vendar je njihova glavna pomankljivost v tem, da je skoznje pogled oviran, saj prepuščajo le sipano svetlobo. Kljub temu je njihova prihodnost obetavna. Tako je nesporna njihova uporaba v pasivnih sončnih sistemih nizkoenergetskih stavb, pri katerih se stremi za čim večjim toplotnim učinkom na račun dogrevanja s sončnim sevanjem in neposredni pogled skozi okno ni posebno pomemben. r- • o .V ▲ v - €1 ---- , , , — 4 VAKUUMIST 16/2(1996) ISSN 0351-9716 100 50 ■"E 50 JC -50 0 -100 C 0 -150 0 -200 Ml, vihod/uhod 2 t-0 2 * t i « X i O ¿<3 i dvojno 1x», Ar trojno dvojno dvojno 1X izboljšano 2 3V 7,se -38,6 -»0 95.B M,B V» -2üß -74,8 -142 42 0 -16,8 -83 -109 -181 -11,34 □ |ug Hl vihod/z»hod Slika 2. Odvisnost toplotnega toka v (+) in skozi okno nazaj (-) (v kWh/m2) od vrste oken ter usmerjenosti pročelja stavbe Na povezanost vpliva, ki ga imata prepustnost okna in njegova toplotna prevodnost na letno energijsko ravnotežje stavbe najbolje ponarjajo rezultati na sliki 2. Računi, ki so bili narejeni za klimatske razmere v Nemčiji, in ni nujno, da veljajo tudi za Slovenijo, kažejo, da "najboljše" okno (3-krat zasteklitev, 2-krat nizko-emisijska prevleka in Xe polnjenje) že kaže pozitivno energijsko ravnotežje (-50 kWh/m2). Takšno okno, vstavljeno na severno fasado, nima izgub. Dodatno izboljšanje bi dosegli le, če bi povečali njegovo prepustnost. Ta je prenizka in za takšno okno ni večja od 40 %. Razloga za majhno prepustnost trojno zasteklenih oken sta dva: visoka odbojnost okenskih stekel, ki je za vsako stekleno površino približno 4%, in znatna absorpcija, ki jo imajo nizkoemisijske prevleke za vidno sevanje sončnega spektra. Medtem ko je razvoj nizko-emisijskih prevlek že dosegel nivo, ki ne kaže, da bi lahko dosegli še večjo sončno prepustnost (>0.9), pri sicer zelo nizki termični emisivnosti (<0,7), pa je razvoj navadnih stekel z nizko odbojnostjo tista možnost, ki do sedaj v polni meri še ni bila izkoriščena. Odbojnost stekla lahko zmanjšamo z nanosom protiodbojnih -Ä./4-skih prevlek, ki povečajo njihovo prepustnost. Takšne X/4 prevleke so le delna rešitev, saj z njimi v principu ne moremo zmanjšati odbojnosti za vse območje sončnega sevanja (0,3-2,5 um). Z X/4 plastmi lahko zmanjšamo odbojnost le za vidno (fotopično) sevanje sonca, ne pa za celotni sončni spekter, kar ima Slika 3. Shematični prikaz prevleke (graded refractive index layer), ki daje širokopasovno nizko odbojnost steklu za posledico, da takšna okna niso v zadostni meri energetsko učinkovita. Dodaten problem, ki se praviloma pojavlja pri steklih z X/4 prevlekami, je njihova različna obarvanost, ki jo opazimo, če opazujemo okno pod različnimi koti. Boljšo rešitev predstavljajo prevleke s spremenljivim lomnim količnikom (graded refractive index layer) (slika 3). Dve tehnologiji obetata, da bosta omogočili industrijsko pripravo takšnih prevlek: sol-gel tehnologija in kontrolirano jedkanje stekel. Pri obeh uporabljenih tehnologijah dosežemo, da postane površina stekla primerno hrapava in s tem podobna očesu nekaterih nočnih metuljev. Takšne hrapave strukture lahko pripravimo po sol-gel tehnologiji tako, da na steklo ali polimerno folijo nanesemo ustrezno tanko plast fotore-sista, ki ga holografsko osvetlimo. S kemično odstranitvijo neutrjene sol-gel prevleke dosežemo primerno hrapavost površine, katere odbojnost je le 1 %, in to za vse valovne dolžine sončnega sevanja (0,3-2,5 um). Okna z nizko toplotno prevodnostjo in visoko prepustnostjo sončnega sevanja (zahtevi (i) in (ii)) so primerna za stavbe v klimatsko hladnih področjih, kjer je predvsem potrebno preprečiti toplotne izgube, in do prekomernega osončenja prostorov ne prihaja. Težave nastopijo v primeru, ko je sonce nizko nad obzorjem (evropski sever) in je osvetlitev prostorov prevelika (zahteva (iii)). Drug problem je pregrevanje, ki je značilnost vročih klimatskih področij (zahteva (iv)) in ki ga lahko odpravimo le z uporabo ustreznih klimatskih naprav. Dejstvo je, da kakršna koli kombinacija prevlek, stekel, polimerov in drugih materialov, ki se uporabljajo za okna, ne vodi do smiselnih rešitev, ki bi zadostila kontraverznim zahtevam (i) - (iv). Rešitev je le v uporabi inteligentnih ("smart") oken, katerih optične lastnosti, tj. prepustnost in/aii odbojnost, lahko spreminjamo po svoji želji in v skladu s toplotnim režimom stavbe in zunanjimi razmerami. Do sedaj so znani štirje načini, ki omogočajo spremenljivost optičnih lastnosti šip. Ti so: fotokromizem, ter-mokromizem, elektrokromizem in termotropizem. Tekoči kristali zaradi svoje podvrženosti fotodegradaciji niso primerni za stavbna okna. Medtem ko se fotokromna okna odzivajo na množino sevanja (dozo), ki spremeni njihovo prepustnost in termokromna okna spremenijo optične lastnosti pri določeni temperaturi, se optične lastnosti elektrokrom-nih oken spreminjajo v odvisnosti od električne napetosti in so tako v celoti pod kontrolo porabnika. To je odločilna prednost, ki je utrdila smotrnost uporabe elektrokromnih oken pred drugimi sistemi. Termo-tropna okna ne morejo tekmovati z elektrokromnimi. saj v stanju z nizko prepustnostjo sipljejo svetlobo in se skoznje ne vidi. medtem ko je pogled skozi elektrok-romna okna, ne glede na stanje njihove prepustnosti in na kot pod katerim gledamo skoznje, vseskozi nemoten. Razvoj elektrokromnih oken se je začel v poznih 70-tih letih, ko so odkrili, da se tanke prevleke WO3 pri negativnih potencialih, pri tem ko so v stiku s tekočim elektrolitom, ki vsebuje H+ ione. temno modro obarvajo. Pri tem pride do vključevanja (interkalacije) H + ionov v strukturo prevleke in tvori se volframova bronza. Proces opišemo z naslednjo topokemično reakcijo: 5 ISSN 0351-9716 VAKUUMIST 16/2(1996) WO3 (prozoren) + xH + (iz elektrolita) + xe~ (iz elektrode) HxWC>3 (obarvan) Proces je reverzibilen in pri obrnitvi napetosti vodi do izločitve (deinterkalacije) H+ ionov nazaj v elektrolit in ponovnega razbarvanja tanke prevleke (slika 4). elektrolit M + J oksidna plast elektroda Slika 4. Model prehoda ionov (H+ = M) in elektronov e- v prevleko WC>3, naneseno na elektronsko prevodno ter za sončno svetlobo prepustno prevleko (navadno "trda" prevleka) neodvisno od drugega hitro spreminjala svojo barvo in odbojnost. Tako nam je v Laboratoriju za spektroskopijo materialov na Kemijskem inštitutu uspelo pripraviti elektro-kromno okno z naslednjo konfiguracijo prevlek: W03 (aktivna prevleka)/ionski prevodnik/Sb:Mo:Sn02 (ionski hranilnik). Elektrokromno okno smo sestavili z lepljenjem dveh kosov stekla (laminated electrochromic device), na katera sta naneseni prevleki WO3 in Sb:Mo:Sn02, od katerih slednja rabi kot ionski hranilnik. Kot prikazuje slika 6 se doseže obarvanje, ki ima značilen spekter volframove bronze, v 120 sekundah. Barva okna je Okno. Mo( 10%) Sb(7%):Sn02(3x)/ormolyie/WO] Po 500 ciklih a) Obarvanje, 120 s pri -4 V Slika 5. Elektrokromni pokazalnik: - elektrokromna prevleka (VJO3) - ionski prevodnik (H+ ali Li+) - ionski hranilnik (Sb:Mo:SnC>2) - "trda" prevleka z elektronsko prevodnostjo (elektroda) - steklo Elektrokemično celico, ki deluje kot elektrokromni pokazalnik, dobimo (slika 5), če VVO3 spravimo preko ionskega prevodnika v kontakt s protielektrodo, ki nam rabi kot ionski rezervoar, v katerega se ioni umaknejo, pri tem ko se VVO3 razbarva. Prototipi inteligentnih elektrokromnih oken so že znani vsaj desetletje in dosegajo velikost do 1 m2, vendar komercialno dosegljivih elektrokromnih oken na trgu še ni. Osnovne optične karakteristike so prepustnost okna v razbarva-nem stanju (ta je od 55 do 65 %), prepustnost v obarvanem stanju (vsaj za sedaj še ne manj kot 20 %) ter odzivni čas (nekaj minut). Odzivni čas je relativno dolg, kljub dejstvu, da imajo nekateri elekrokromni materiali (recimo lr-oksid) odzivni čas le nekaj ms. Razlog je v možnem onesnaženju (light pollution) urbanih naselij, do katere bi prišlo, če bi vsako od oken v zgradbi b) Razbarvanjc. 120 s pri +2 5 V Slika 6. Obarvanje (a) in razbarvanje (b) elektrokrom-nega pokazalnika, sestavljenega iz IVO3 (250 nm)/ionskega prevodnika (100 \im)/Sb:Mo:Sn02 (150 nm), izmerjenega po 500 krožnih potencialnih spremembah. Spektri so snemani vsake 3 sekunde. Obarvanje dosežemo pri vrinjenju 10 mC/cm naboja v času 120 s pri napetosti -4V. Razbarvanje dosežemo pri izločitvi tega naboja pri napetosti +4V. Časovna skala je za oba procesa enaka. Opazno ye bistveno hitrejše razbarvanje kot obarvanje. 6 VAKUUMIST 16/2(1996) ISSN 0351-9716 temno modra s fotopično prepustnostjo okrog 20% v modrem delu vidnega spektra, medtem ko je njegova prepustnost pri daljših valovnih dolžinah vsega nekaj %. V razbarvanem stanju je prepustnost približno 65 % in je odvisna od debeline WC>3. Prepustnost protielek-trode (Sb, Mo:SnC>2) ne vpliva na prepustnost okna v razbarvanem stanju. Pravimo, daje protielektrodaelek-trokromno pasivna. Tovrstna okna so posebej obetavna, ker ohranjajo osnovno barvo elektrokromno aktivne prevleke VVO3. Tako ni bojazni, da bi prišlo do subtraktivnega obarvanja okna in s tem do estetsko neprimernega obarvanja in razbarvanja. Nadaljnji razvoj elektrokromnih oken gre v smeri priprave sistemov, ki bodo omogočali spreminjanje prepustnosti vsaj od 60 % do 10 % ali manj. Sedanja generacija elektrokromnih oken, ki omogoča spreminjanje le od 60 % do 20 ali 30 %, je omejena z uporabo ionskih hranilnikov, katerih kapaciteta je premajhna, da bi lahko izkoristili globoko obarvanje W03-ja. Zato raziskave potekajo v smeri iskanja drugih rešitev, ki bi bile enostavnejše in pri katerih bi se izognili uporabi protielektrod in ionskih prevodnikov. Tak primer raziskav so gasokromna okna (slika 7). Pri gasokromnih oknih smo dosegli obarvanje z vodikom, ki v stiku s prevleko VVO3, primerno aktivirano s katalizatorjem, tvori podobno, kot je prikazano v enačbi 1, volframovo bronzo (slika 8). Gasokromni sistem je bistveno enostavnejši od elektrokromnega in ima zaradi manjšega števila šip bistveno večjo prepustnost v razbarvanem stanju. Težavo pomeni vodik in z njim povezana eksplozivnost ter predvsem pomanjkanje raziskav gasokromizma v zadnjih desetletjih. Ključnega pomena, tako za delovanje elekrokromnih oken, kot za izdelavo oken z majhno toplotno prevodnostjo, so nizkoemisijske prevleke. Te so v principu tudi električno prevodne in nam rabijo kot elektroda, na katero se nanašajo aktivni elektrokromni materiali in ionski hranilniki. Razvoj nizkoemisijskih prevlek poteka v smeri "mehkih" in "trdih" prevlek. Med "mehke" sodijo predvsem zelo tanke prevleke plemenitih kovin (Ag, Au na steklu), večkrat prekrite s tanko zaščitno \/4 prevleko Si02 ali Bi203. Njihova termična emisivnost je zelo majhna in je od 0,04 do 0,1, kar je bistveno bolje kot so ustrezne vrednosti "trdih" prevlek, ki so od 0,1 do 0,2. Med slednjimi prednjačijo na različne načine dopirani kositrov oksid (Sn02), novi materiali na osnovi Zr-ok-sida in predvsem nekateri nitridi prehodnih kovin obetajo bistveno izboljšanje mehanskih in optičnih lastnosti "trdih" prevlek. Raiharvanjc, zrak •mmm K f» Obarvanje, Hj plin v prevleka WOj/katalizator v obarvana» stanju I I prevleka «Cj/kataiizator v tazbarvanen stanju Slika 7. Shematska predstavitev delovanja gasokrom-nega okna 320 420 520 620 720 820 920 1020 1120 Valovna dolžina (nm) Slika 8. Obarvanje in razbarvanje gasokromne IVO3 prevleke z dodatkom katalizatorja (debelina 200 nm) 3 SKLEPI - Dosežki na področju novih materialov in ustreznih tankih prevlek omogočajo pripravo inteligentnih oken z velikim dinamičnim obsegom spreminjanja optičnih lastnosti, tako prepustnosti kot odbojnosti. - Protiodbojne prevleke postajajo tehnološko vse bolj dostopne in bodo prispevale k povečanju prepustnosti oken z dvojno in trojno zasteklitvijo. - Nove "trde" prevleke bodo omogočile izdelavo oken z nizko toplotno prevodnostjo in bodo tako bistveno prispevale k še večji uporabi takšnih oken v pasivnih in nizkoenergijskih sončnih stavbah. ZAHVALA Raziskavo je podprlo Ministrstvo za znanost in tehnologijo, in sicer v okviru projekta J1 -5012, za kar se mu na tem mestu zahvaljujemo. 4 LITERATURA Samostojni projekti ali sodelovanje v: /1/ High Performance Variable Solar Control Glazing (SMART GLASS) - Pilkington (U.K.). JOE3-CT95-30 (DG12-WSME) /2/ Properties of Glazing Materials with Respect to Daylighting Applications JOE2-CT92-0052. PECO Programme, ENTPE (Fr) 131 Spektroskopske in spektroelektrokemijske raziskave elektrokromnih elementov, J1-5012-104 /4/ Spektralno selektivne energetsko efektivne prevleke. 12-7632-104 /51 A Krainer. Toward Smart Buildings (1994). TEMPUS Joint European Project JEP 1802. Building Science and Environment Conscious Design. Module 1 Design Principles. IBSN 0 9525703 7 8. London /6/ Pametna hiša - termični in optični del. P2-5226-0792. 1993-1995. 7 ISSN 0351-9716 VAKUUMIST 16/2 (1996) KEMIČNO ČRPANJE V VAKUUMSKIH TEHNOLOGIJAH Bruno Ferrario*, SAES Getters S.p.A.,Via Gallarate 215. 20151 Milano, Italija Chemical pumping in vacuum technology ABSTRACT Chemical pumping in vacuum technology is based on the capability of metals, such as Zr, Ti, Ba and others, to chemisorb the active residual gases present in vacuum devices or systems. These metals are known as getters; their role is to improve and maintain the required vacuum in vacuum devices working in the range of 1-10 11 Pa. POVZETEK Osnova kemičnega črpanja je v zmožnosti nekaterih kovin, kot so Zr, Ti, Ba, da kemosorbirajo preostale pline v vakuumskem sistemu ali napravi. Takšne materiale imenujemo getre; njihova vloga je doseči in izboljšati zahtevani vakuum v vakuumskih napravah, ki delujejo v področju tlakov od 1 do 10 1' Pa. 1 UVOD Ob koncu preteklega stoletja so uporabljali rdeči fosfor za vsrkavanje (sorbiranje) aktivnih plinov, kot sta kisik in vodna para, ki sta ostala po izčrpanju zraka v arni-cah, da bi preprečili pregoretje 'arilne nitke. Kasneje so uporabljali barij v katodnih (rentgenskih) elektronkah, da bi čim dlje obdržale vakuum. Preizkušali so tudi mnoge druge kovine, ki imajo lastnost vsrkavanja, kot so: titan, cirkonij, redke zemlje itd, ali njihove zlitine. Imenovali so jih getre. Danes se uporabljajo pri izdelavi vseh katodnih (televizijskih oz. slikovnih) elektronk, v velikih zaprtih visokovakuumskih in ultra visokova-kuumskih sistemih, kot so trkalniki, sinhrotroni itd. V splošnem delimo getre v dve skupini: v uparljive in neuparljive (NEG). 2 UPARLJIVI G ETRI Značilna predstavnika sta barij in titan. Slednji se največ uporablja za sublimacijske črpalke pri ultra visokovakuumskih (UW) sistemih. Barij je kot kovina zelo reaktiven, zato ga uporabljajo le v obliki zlitin, ki so bolj stabilne. Taka je npr.praškasta oblika barijevega alumi-nata BaAU, ki ga zmešajo z nikljevim prahom in stisnejo v obročke. Ko le-te visokofrekvenčno segrejemo, nastopi kemična reakcija: BaAU + 4 Ni => Ba + 4 NiAl, pri kateri se izloči kovinski barij. Reakcija se začne pri 800°C in je eksotermna, temperatura getra naraste na 1200°C. Pri tem se barij upari in se v tanki plasti "usede" na okoliške (notranje) stene evakuirane posode ter začne zelo intenzivno črpati in kemosorbirati (vsrkavati oz. kemično vezati) okoliške preostale (residualne) pline v vakuumskem sistemu (npr. v TV elektronki). Da bi bila sorpcija plinov čim boljša, je potrebno, da je nastala barijeva tanka plast porozna, tj., da ima veliko celotno površino. To lahko dosežemo s tki. getri, dopi-ranimi z dušikom. Getru je dodan 'elezov nitrid (Fe4N), ki razpade, tik preden se barij upari. Dušik povzroči, da se kovinski atomi barija na poti proti steni sipljejo. Rezultat je bolj porozna tanka plast, kot bi bila tista, ki nastane pri nedopiranih getrih. Tudi temperatura podlage (npr. stene), na kateri nastaja tanka plast getra, naj bi bila čim nižja, da bo plast bolj porozna. * Dr. Bruno Ferrario je vodilni, svetovno znani strokovnjak za področje getrov, aktivni član italijanskega vakuumskega društva, pedagog in pisec učbenikov iz vakuumske tehnike 3 NEUPARLJIVI GETRI (NEG) Splošno velja, da uporabljamo uparljive getre v tistih zataljenih (zatesnjenih) vakuumskih napravah (posodah), kjer je dovolj prostora in so na razpolago velike površine. Povsod pa to ni mogoče, posebno pri majhnih prostorninah in površinah vakuumski posod. Tam uporabljamo neuparljive getre, izdelane iz zlitin titana in cirkonija, namesto iz čistih kovin. V zadnjih desetletjih so izdelali naslednje getrske zlitine: - Zr-V-Fe (oznaka: St 707), ki postane aktivna pri temperaturi 400 do 450°C in ima odlične sorpcijske lastnosti celo pri sobni temperaturi - Zr-Fe (St 198), ki sorbira vse aktivne pline, posebno dušik - Zr-Ni (St 199), ki ima veliko sorpcijsko kapaciteto za vodne pare in vodik - Zr-AI (St 101). ki postane aktivna šele pri 700 do 900 °C. 3.1 Aktivacija neuparljivih getrov Neuparljive getre je potrebno v vakuumski posodi najprej aktivirati, da so sposobni za črpanje preostalih (residualnih) plinov, ki navadno še ostanejo po končanem črpanju (H2, H2O. CO. CO2. N2.02). Pri upar-Ijivih getrih lahko občasno naparimo nove getrske plasti, ki so sposobne črpanja, dokler se ne nasitijo. Pri neuparljivih pa moramo getrsko snov najprej segreti, da odstranimo pasivno oksidno plast s površine, tako da se pokaže kovinska, ki je šele sposobna za črpanje aktivnih plinov. Pri popolni aktivaciji oz. odstranitvi pasivne plasti je hitrost sorbiranja (l/s) največja. 3.2 Sorpcijske lastnosti Sorpcijske lastnosti so odvisne tako od fizikalno-kemij-skih lastnosti same getrske snovi in velikosti površine, kot tudi od kemijske narave aktivnih plinov, ki so udeleženi pri sorpcijskem procesu. Te pline lahko razdelimo v štiri skupine: - vodik in njegovi izotopi, ki sorbirajo v obeh smereh. To pomeni, da jih getrska plast vsrka, ko pa jo segrejemo, jih oddaja (regeneracija) - skupina CO. CO2. O2 in N2, katerih sorpcija (kemi-sorpcija) je nepovrnljiva (ireverzibilna). kar pomeni, da teh plinov ni več mogoče spraviti iz getrske snovi, ker so kemijsko vezani, kljub močnemu pregrevanju - ogljikovodiki in voda. ki lahko sorbirajo v obeh smereh. Voda in ogljikovodiki razpadejo na površini getra, nastali vodik se sorbira reverzibilno. ogljik in kisik pa ireverzibilno. - 'lahtni plini, ki jih getri ne morejo sorbirati. 3.3 Oblike getrov Enostavni getri. ki jih uporabljamo v odtaljenih sistemih (npr. TV slikovne elektronke), imajo obliko tablet ali obročkov. Druga oblika je "getrski trak", ki ima kovinsko osnovo (trak), na katero je nanesena (na obe strani) getrska snov. Te oblike so osnova za bolj zamo- 8 VAKUUMIST 16/2 (1996) ISSN 0351-9716 Slika 1. Primeri pritrditve barijevih getrov v televizijski elektronki. Pritrditev a) "antenska", b) "topovska", c) anodna in d) magnetnozaslonska. tane izvedbe. Aktivacijo getrskih trakov dosežemo z uporovnim gretjem traku (tok teče skozi trak), Zanimiva je tudi skupina poroznih neuparljivih getrov, ki so pripravljeni s sintranjem praškastih zmesi, ki vsebujejo čisto kovino, kot sta Zr in Ti, ter getrsko zlitino. Smisel takih getrov je kombinacija velike aktivne površine in poroznosti ter dobrih mehanskih lastnosti. 4 UPORABA Za vsak način uporabe je potrebno ugotoviti najprimernejšo obliko in sestavo getra. 4.1 Uporaba v visokovakuumskih (W) in ultra visokovakuumskih (UW) sistemih (10"3do 10"12 mbar) Barijeve getre največ uporabljamo v slikovnih elektronkah, si. 1. Pri W in UW sistemih je navadno najboljša kombinacija getrske in ionske črpalke, da dosežemo najnižji končni tlak. Enostaven trakasti geter St 101 (Zr-AI) je npr. vgrajen v velikem elektronsko-po-zitronskem trkalniku, ki deluje v Ženevi od leta 1989, kjer je 80% njegove 27 km dolžine črpane s tem neu-parljivim getrom (tlak med obratovanjem je 10~12 mbar), si. 2. Znanstveniki iz CERN-a pa so z neupar- Svinčena zaščita Črpalni nastavki Slika 2. Getrski trak v elektronsko-pozitronskem trkalniku v Ženevi (presek vakuumske komore) Ijivim getrom dosegli v posebnih, velikih komorah tlake, nižje od 10"13 mbar. Zdaj že uporabljajo getrske črpalke pri večini velikih pospeševalnikov, predvsem v sinhrotronih, kjer morajo zagotoviti veliko črpalno hitrost (l/s) in kapaciteto (mbar.I) zaradi močnega razplinjevanja na mestih, kamor se siplje sinhrotronska svetloba. Nadaljnjo uporabo predvidevajo pri fuzijskih reaktorjih (tokamaki). Getrske črpalke se sedaj največ uporabljajo v kombinaciji z ionskimi črpalkami ter krio in turbomoleku-larnimi črpalkami, predvsem v UW sistemih, kjer je potrebna velika črpalna hitrost za vodik. 4.2 Uporaba v srednjem vakuumu (1 do 10'3 mbar) Getri in getrski trakovi se uporabljajo za industrijske sončne kolektorje, Devvarjeve posode, skratka tam, kjer je vakuum toplotni izolator. V masovni proizvodnji nerjavnih kovinskih termovk uporabljajo neuparljive getre v obliki kroglic, ne samo za vzdrževanje vakuuma v njih, ampak tudi za hitrejšo proizvodnjo. Geter (St 707) aktivirajo pri 400 do 500°C kar v termovki sami, da pospešijo (samo)črpanje, ki gre sicer z drugimi črpalkami mnogo počasneje zaradi majhne prevodnosti tankih črpalnih cevi. Tudi v nekaterih žarnicah upo-rabljajo barijeve in neuparljive getre. 4.3 Čiščenje plinov Getri ne zmorejo črpati žlahtnih plinov, kar je slabost pri kemičnem (sorpcijskem) črpanju, posebno v UW sistemih. To težavo premagamo s kombinacijo z drugimi vrstami črpalk. Ta slabost postane prednost pri čiščenju žlahtnih plinov (za industrijo polprevodnikov). Čistilne naprave, zgrajene z uporabo neuparljivih getrov, omogočajo ekstremno nizke nivoje residualnih nečistoč v čiščenem plinu v področju ppt (parts per trillion = delov na milijon na tretjo potenco), začenši pri koncentracijah v področju ppm (delov na milijon) ali ppb (delov na milijardo). Vprašanje za preskus znanja o getrih Zakaj je potreben geter v slikovni (TV) katodni elektronki? Odgovor. V vsaki evakuirani "posodi", ki je sicer her-metično zaprta tlak počasi narašča. Elektroni, ki izvirajo iz oksidne katode, na zaslonu "rišejo slike". Na njihovi poti jih ovirajo molekule preostalih (residualnih) plinov, v katere zadevajo, in jih ionizirajo. Ioni (pozitivni delci) letijo proti negativni elektrodi, katodi, ter jo bombardirajo. Čim več je ionov, tem močnejše je razbijanje oksidne plasti katode. Njena aktivna površina, od koder izhajajo elektroni, je čedalje manjša. Elektronov je čedalje manj. Slika na zaslonu zbledi in končno zgine. Televizor je "crknil", pravimo. Getri imajo v slikovni elektronki nalogo, da čim več molekul, ki so pridrle iz zunanjosti vanjo, zadrži in tako poveča trajnost elektronke, nam pa prihrani stroške za nov televizor. Po Članku v Vacuum, 47, 1996, 4, 363-370 prevedel in priredil dr. Jože Gasperič 9 ISSN 0351-9716 VAKUUMIST 16/2 (1996) NAPRŠEVALNE IONSKO-GETRSKE ČRPALKE Andrej Pregelj, Marjan Drab, Igor Grašič, Institut za elektroniko in vakuumsko tehniko, Teslova 30, 1000 Ljubljana Sputter ion getter pumps ABSTRACT Ion-getter (IG) pumps are commonly used to create Ultra High Vacuum (UHV). They are very clean, they pump different gases, don žt cause vibrations, enable the pressure reading and in long lifetime need no maintenance. At the occasion of development of Slovene IG pump and a new Penning gauge we want to describe them in more detail. The contribution represents the principles of operation, various realizations, performances for pumping different gases and requirements for manufacturing technology. POVZETEK Ionsko getrske (IG) črpalke so najpogosteje uporabljane črpalke za ustvarjanje ultravisokega vakuuma (UW). So zelo čiste, črpajo lahko različne pline, ne pvzročajo vibracij, omogočajo odčitavanje tlaka in v dolgi delovni dobi skoraj ne potrebujejo vzdrževanja. Ob priliki razvoja domače IG črpalke in Penning merilnika jihželimo pobliže predstaviti; prispevek podaja princip delovanja, različne izvedbe, sposobnosti za črpanje različnih plinov in zahtevnost izdelavne tehnologije. 1 Uvod Odstranjevanje plinskih molekul iz posod oziroma iz vakuumskih sistemov dosežemo tudi z ionskim črpanjem. Tovrstne črpalke uporabljamo za ustvarjanje in vzdrževanje ultravisokega vakuuma, pri čemer je prej potrebno predčrpanje. Prvi opis ionskega črpanja je podal Plucker (1858), ki je odkril, da je potrebno zviševati napetosti, če želimo ohranjati tok v plinski razelek-tritveni cevi. Že on je pravilno ugotovil, da je to zaradi znižanja tlaka v cevi, kar pa si je tolmačil z dogajanji na katodi. Kasneje je F. Penning (1937) vzporedno s svojimi raziskavami razelektritev v plinih razvil hladnokatodni ioni-zacijski senzor za meritve tlakov v območju 10"3 do 10"5 mbar. Pri visoki napetosti so se ioni "zarili" v material katode, izgubili naboj in kot molekule zadržali ("adsor-birali"). Posledica tega dogajanja je bilo tudi znižanje tlaka. Penningova celica se danes uporablja kot pomemben vakuumski merilnik; na osnovi njene črpalne sposobnosti pa so leta 1950 v firmi Varian izdelali prvo ionsko črpalko. Z dodatnim črpanjem plinov s prigrajeno ionsko črpalko so optimizirali mikrovalovne elektronke (magnetrone). Ionsko črpalko so "odščipnili" nekoliko kasneje in sicer po prvem zagonu magnetrona pri nadnormalni obremenitvi, ko so se njegove notranje površine maksimalno razplinile. Uporaba naprševalne ionsko getrske črpalke je omogočila rutinsko doseganje tlakov pod 10"10 mbar in s tem napredek različnih znanosti in tehnologij. Zaradi njihove čistoče, možnosti pregrevanja, majhne porabe moči, delovanja brez vibracij, dolge življenjske dobe ostajajo najprimernejši način črpanja za vsakogar, ki potrebuje UW razmere. Najpogostejša področja uporabe so naslednja: - izdelava elektronk - kriogenika - elektronski mikroskopi - jedrska fizika - znanost o materialih - masni spektrometri - simulacija vesolja - pospeševalniki delcev in shranjevalni obroči - Augerjeva elektronska mikroskopiia - sekundarna ionska spektrometrija - elektronska spektroskopija za kemične analize 2 Mehanizem delovanja lonsko-getrske črpalke niso pretočne, nimajo izpuha, črpajo tako. da lovijo molekule iz posode že razredčenega plina na svoje stene. Osnovni črpalni procesi so naslednji: - zarinjanje in vezava pospešenih ionov ioniziranega plina v kristalni mreži katodnega materiala - kemično spajanje (getranje) molekul aktivnih plinov na istočasno nastajajočih svežih plasteh titana (Ti), ki se napršuje s Ti-katode. - difuzija vodika v katodni material - disociacija kompleksnih molekul v enostavnejše frakcije, ki so nato počrpane po enem od mehanizmov - pojavljanje hitrih nevtralnih atomov visokih energij zaradi nevtraliziranja ionov in odbijanja od katodnih površin Najpomembnejši sta prvi dve dogajanji in po njih so črpalke tudi dobile ime; poznamo jih namreč kot ion-sko-getrske. ker pospešeni ioni zadevajo katodo iz titana in ga napršujejo na okoliške stene, kamor se potem ujamejo molekule plinov preostale atmosfere v vakuumski posodi. Večina ionizacijskih naprav deluje na isti način. V polju visoke napetosti pride na raznih ostrinah notranjih sestavnih delov do izstopanja elektronov iz materiala (poljska emisija). Elektroni so v evakuirani posodi pospešeni proti anodi in na svoji poti trčijo v plinske atome, ki zato ionizirajo. Pojavi se tok pozitivnih plinskih ionov, ki potujejo v nasprotno smer. Pri ionsko-getrskih črpalkah so značilne napetosti 5000-7000 V. Energija iona. ki prispe na katodo (npr. iz titana), je tolikšna, da iz nje izbije enega ali več atomov, ki se napršijo po okoliških elementih in po notranjih stenah črpalke Kot smo uvodoma omenili je najenostavnejša oblika ionske črpalke Penningova celica, ki |e v osnovi hladnokatodni vakuumski merilnik in ima v tej izvedbi katodni ploščici iz nerjavne pločevine. Kot črpalka (si. 1) je sestavljena iz centralne anode v obliki kratke cevke, na njenih koncih pa sta v oddaljenosti nekai milimetrov nameščeni plošči kovinskega titana. Le-ti sta električno zvezani z negativnim polom visokonapetostnega usmernika. Zunanji permanentni magnet zagotavlja s cevjo soosno magnetno pol|e jakosti 0.08-0.15 T (tj 800-1500 gaus). Če je izvedena kot samostojna črpalka, zaprta v primerno UVV ohišje, postane to 10 VAKUUMIST 16/2 (1996) ISSN 0351-9716 MAGNETNO POUE POZITIVNI PUNSKI ION KATODNI PLOŠČI IZ TITANA OSCILIRAJOČI ELEKTRONI ADSORBI RANA MOLEKULA AKT PUNA Razvoj vedno sposobnejših (inteligentnih) visokonapetostnih napajalnikov gre v smer prilagajanja napetosti tudi prostorskemu naboju v črpalni celici. To omogoča, da se črpanje uravnava čim bolj samodejno in sicer tako. da se pri določenem tlaku naprši na stene ravno primerna količina svežega titana. Pri nizkih tlakih, ko črpanje skoraj ni več potrebno, je manj trkov, manj ionizacije in manj naprševanja: titanove plošče in električna energija se skoraj nič ne porabljajo. VISOKONAPETOSTNI Slika 1. Penningova celica; ker so katode iz titana, je to črpalna in ne merilna izvedba enocelična ionsko-getrska črpalka s črpalno hitrostjo približno en liter na sekundo. Da bi dobili črpalko z večjo črpalno zmogljivostjo, je potrebno vgraditi ka-todo. ki je sestavljena iz več celic (satje, si. 2), v večji črpalni posodi. Slika 2. Diodni tip ionsko-getrske črpalke z vidno večcelično anodno strukturo Kombinacija električnega in magnetnega polja povzroči, da se elektroni, ki izhajajo iz katode, gibljejo po spiralastih poteh. Daljše poti povečujejo možnost trčenja elektrona z molekulami plina ter s tem je možnost tvorbe pozitivnih ionov ojačana. To je še posebej pomembno pri nizkih tlakih, ko je molekul plina v posodi relativno malo in zato tudi ionov primanjkuje. Očitno je, da je intenzivnost črpanja odvisna od gostote elektronskega "oblaka" in posledično od hitrosti naprševanja. Na gostoto "oblaka" (in s tem na črpalno sposobnost) lahko vplivamo z geometrijo celice ter z nastavljanjem primerne jakosti električnega in magnetnega polja. Za črpalni proces ni nujno, da se ionizirajo vse plinske molekule, kajti mnoge, tudi nevtralne, reagirajo s titanom na stenah. Pač pa je določeno število ionov nujno potrebno za proces naprševanja svežih titanovih plasti. Naprševanje je odvisno že od materiala in oblike katode ter od vrste plina (pomembna je atomska oz. molekularna masa). Vsi boljši izdelovalci ionsko-getrskih črpalk zato v svojih programih ponujajo tudi optimirane katode, namenjene za določen plin. NAPRŠEVALNA Ti-KATODA NAPRŠENI TITAN PREKRIVANJE UJETIH AR ATOMOV OHIŠJE ČRPALKE POŠEVNI UDARCI POVZROČAJO MAKS. NAPRŠEVANJE IONI ARGONA Slika 3. Triodni tip ionsko-getrske črpalke; a) detajl praktične izvedbe in priklop na visokonapetostni usmernik, b) princip delovanja triodne ionsko-getrske črpalke 3. Črpanje različnih plinov Dogajanja v ionsko-getrskih črpalkah so odvisna od vrste prisotnih plinov, ki so lahko: aktivni plini, vodik, žlahtni plini in metan. Aktivni plini so: O2, N2, CO2. CO itd. Njihova skupna karakteristika je, da radi reagirajo z večino kovin in z njimi tvorijo stabilne spojine. V ionsko getrski črpalki so izpostavljeni dvem aktivnostim. Neionizirani atomi se hitro in močno vežejo na sveže titanove plasti, ki nastajajo z razprševanjem katode, ioni in molekule pa se delno vgradijo v vrhnje plasti katode delno pa se zadržujejo na površini. Ker ne IZVIR _ VEČCELIČNA ANODA STENA ČRPALKE TRETJA ELEKTRODA V TRIODNI ČRPALKI KATODI IZ Ti TRAKOV 11 ISSN 0351-9716 difundirajo globlje v material, so izpostavljene prile-tavanju novih ionov in se z nadaljno erozijo katode spet sproščajo (re-emission); seveda s tem zmanjšujejo črpalno hitrost. Le-ta je največja pri novi črpalki, ki ima Ti-plošče že povsem razplinjene; z uporabo črpalke pa pride do zasičenja katode in ustalitve črpalne hitrosti na zahtevani vrednosti (si. 4). 10'" io" io-' io* m' io" io' io-' TLAK |mb»r| Slika 4. Tipična odvisnost črpalne hitrosti od tlaka. Krivulja "a" podaja hitrosti nove ali regenirane črpalke. Te sposobnosti pa se po nekih obdobjih začetnega delovanja znižajo in končno ustalijo na stanju prikazanem s krivuljo "b", ki predstavlja nazivno črpalno hitrost. Obdobja zasičevanja so pri različnih tlakih različna in na sliki označena (L-leto, M=mesec, d=dan, itd) Vodik je sicer aktiven plin, vendar ga pri ionsko-getrskih črpalkah obravnavamo posebej, ker ima zaradi majhne mase zelo nizko razprševalno sposobnost. Kljub temu so črpalne hitrosti za H2 velike, ker vodik hitro difundirá v katodo. Pri črpanju vodika torej deluje črpalka stalno v nezasičenem stanju. Zato so črpalne hitrosti zanj približno dvakrat višje kot za dušik. Če so prisotni sledovi težjih plinov, se hitrost razprševanja katode in s tem črpanje vodika še dodatno izboljša. Ker imajo nekatere ionsko-getrske črpalke vložke tudi iz tantala naj tu omenimo, da se vodik topi bolje v titanu kot v tantalu; zato so za črpanje vodika najprimernejše črpalke s titanom. Žlahtni plini ne reagirajo z drugimi elementi. Zato napr-šene titanove plasti ne vežejo helija in argona. Ta dva plina tudi ne difundirata v katodo, ampak se njuni ioni tam nevtralizirajo in mnogi odbijejo skoraj brez izgube energije. Odbiti atomi He in Ar obstanejo na anodi in na drugih površinah, kjer jih prekrijejo atomi naprše-vane kovine. V nekaterih črpalkah je Ti-katoda nadomeščena s tan-talovo. Ker ima tantal večjo atomsko maso kot titan, je odboj plinskih atomov na njem intenzivnejši in posledično se poveča tudi črpalna hitrost za žlahtne pline. Pri črpanju večjih količin argona (tj. pri tlakih večjih od 10"8 mbar) pride do občasnega skokovitega razpli-njanja argona iz katode. V takih primerih črpalka ni sposobna črpati (argonska nestabilnost), dokler izbruh ne ugasne. VAKUUMIST 16/2 (1996) Najvišje črpalne hitrosti za žlahtne pline dosežemo s posebno oblikovano Ti-elektrodo, ki omogoča poševni nalet plinskih ionov. Le-ti se, nevtralizirani, odbijejo naprej proti anodi in drugim površinam z veliko večjo verjetnostjo kot v primeru ploščate katode. Rezultat so dobre črpalne hitrosti za žlahtne pline, ki lahko dosežejo do 60% tiste za dušik. Nekaj težav povzroča tudi metan, saj ne reagira z vsakim getrskim materialom. V majhnih količinah je vedno prisoten v UW sistemih kot reakcijski produkt ogljika in vodika iz sten vakuumskega sistema. Metan je poseben problem v elektronskih pospeševalnikih, kjer povzroča razhajanje (divergenco) curka. Meta-nova molekula kot tudi molekule drugih ogljikovodikov razpadejo zaradi razelektritve v ionsko-getrski črpalki v manjše komponente (C, CH3....H), ki jih geter lahko veže. Zato so črpalne hitrosti za metan in lahke ogljikovodike višje od tistih za dušik. Zelo nazorno je različnost plinov prikazana z razmerjem hitrosti črpanja dušika glede na hitrosti črpanja drugih plinov v diodni črpalki (glej Tabelo 1): Tabela 1. Razmerje hitrosti črpanja različnih plinov glede na hitrost črpanja dušika Plin črpalna hitrost izbranega plina/ črpalna hitrost dušika (%) dušik I 100 vodik 270 i 1 kisik 57 argon 6 neon 5 lahki ogljikovodiki 90-160 vodna para 100 helij 10 ogljikov dioksid 100 -I-1 Opisane posebnosti pri črpanju različnih plinov in težnja po izboljšanju črpalnih lastnosti so vodile do razvoja nekaterih izpeljank osnovnega (diodnega) tipa IG črpalke. 4 Izvedbe Poleg že omenjene diodne izvedbe ionsko-getrske črpalke poznamo še triodno (si.3). pri kateri je Ti-katoda oblikovana tako, da jo ioni obstreljujejo poševno, zato so hitrosti naprševanja titana večje. Ta dva osnovna tipa ionsko-getrskih črpalk profesionalno izdelujejo v petih izvedenkah. To so: a) diodna črpalka (si. 2), v kateri sta katodi pritrjeni na ohišje črpalke in je pozitivna visoka napetost pripeljana na anodo. Izmed vseh ionsko-getrskih črpalk ima veliko črpalno hitrost za vse aktivne pline (O2. N2, CO2. CO) in druge, ki dobro reagirajo s titanom ni pa primerna za Ar, He in CH4 (metan). 12 VAKUUMIST 16/2 (1996) ISSN 0351-9716 b) "žlahtna" diodna črpalka ("noblediode" ali "differen-tial" pump) ima eno od katod iz tantala, ker vodi do zvišanja črpalne hitrosti za žlahtne pline (predvsem Ar in He). c) triodna črpalka, pri kateri sta katodi ločeni od ohišja in je nanju pripeljana negativna visoka napetost; anodno satje, povezano z ohišjem, je na potencialu 0 (ozemljitev). Katoda je izdelana iz stavka ozkih trakov titana, ki so postavljeni tako, da jih plinski ioni zadevajo poševno. To omogoča nastanek večjih površin napr-šenega titana in s tem večje črpalne hitrosti za aktivne in žlahtne pline; izberemo jo, če za neko aplikacijo potrebujemo dobro črpanje pri nizkih in visokih tlakih. d) "Starcell", triodna črpalka firme Varian, z značilnim zvezdastim ("star") vzorcem površin katodnih plošč. Te posebne dvostenske plošče z mnogimi zavihki pločevin dajejo črpalki sposobnost črpanja velikih količin žlahtnih plinov (enako ali bolje kot izvedenke b in c) ter vodika (enako kot izvedenka a), zagotavljajo visoke črpalne hitrosti za metan in imajo hkrati največjo kapaciteto za vezavo argona, metana in helija. e) črpalka z vgrajenim modulom neuparljivega getra (NEG). V ionsko-getrski črpalki z npr štirimi standardnimi vložki je eden zamenjan z NEG elementom. Njegova glavna sestavina je razbrazdan trak konstantana, v katerega je vsintrana specialna zlitina (Zr, V, Fe). Med segrevanjem doživi stukturno transformacijo, pri kateri se tvori ogromna getrska površina. 5 Karakteristike ionsko-getrskih črpalk Kvaliteto ionsko-getrskih črpalk določimo z naslednjimi karakteristikami: črpalna hitrost, maksimalni pretok, potrebni predtlak, trajnost in dovoljeno pregrevanje. Črpalna hitrost je kot pri katerikoli UW črpalki eden glavnih dejavnikov, ki vplivajo na končni tlak v sistemu, lonsko-getrske črpalke črpajo različne pline različno hitro; najbolje črpajo vodik, zelo slabo pa npr. argon. Zato je potrebno že ob nakupu za določen namen izbrati pravi tip črpalke. Pri novi ali regenerirani ionsko-getrski črpalki so katodne plošče (zaradi pregrevanja z dodatnim izčrpavanjem) povsem čiste in zato ima še nezasičena črpalka v začetku tudi za 100 % višje sposobnosti (si. 4). Imenska črpalna hitrost je definirana kot največja črpalna hitrost zasičene črpalke, pri čemer kot referenčni plin vzamemo dušik. Standardne vrednosti so med 2 in 500 l/s. Maksimalni pretok dosegajo ionsko-getrske črpalke pri najvišji črpalni hitrosti, tj. v intervalu med 10"4 in 10~5 mbar. Ker navadno obratujejo pri precej nižjih tlakih, to ni zelo pomemben podatek. Potrebni predtlak je začetni tlak, na katerega mora biti ionsko-getrska črpalka grobo izčrpana, preden bo nastopil razelektritveni proces v območju anodne celične strukture in s tem začetek črpanja. Da bi zaščitili črpalko pred poškodbami zaradi previsokega segrevanja (ko je pri visokih tlakih zasičena in slabo črpa), mora visokonapetnostni napajalnik avtomatsko zmanjšati izhodno napetost in vzdrževati moč pod določeno kritično vrednostjo. Običajno IG črpalk ne obremenjujemo s tlaki, višjimi od 1-5x10"3 mbar. Trajnost je odvisna predvsem od obstojnosti katode, ki je pri vsakem črpanju podvržena eroziji. Le-ta je premo sorazmerna povprečnemu delovnemu tlaku. Pri tlakih 10"6 mbar so katode iz Ti uporabne 35000 do 80000 ur. pri delovnem tlaku 10'4 mbar pa le še približno 500 ur Pregrevnost je določena s temperaturo, ki jo nek element črpalke še prenese brez škode. Za kompletne ionsko-getrske črpalke z magneti in s priključenimi kabli je to 250 °C; črpalko pa lahko pregrevamo do 350°C. če odstranimo kable, in celo do 450 °C. če snamemo še magnete (Curiejeva temp.). Pregrevanja ionsko-getrske črpalke in prigrajenega UW sistema do 250 °C so potrebna po vsakem odpiranju na atmosfero, ker bi sicer zaradi prepočasnega razplinjanja notranjih površin ne dosegli želenih nizkih tlakov v doglednem času. Pri nekaterih procesih, ki zahtevajo še nižje UW tlake, so potrebne višje pregrevalne temperature. 6 Konstrukcija in izdelava Glavni sestavni deli ionsko-getrskih črpalk so: posoda z dvema prirobnicama ter nosilci vložkov in magnetov, vložki črpalega satja, magneti, visokonapetostna prevodnica, pokrov za transport in posebej še ustrezni visokonapetostni usmernik. Posoda je varjena po TIG postopku iz nemagnetne nerjaveče pločevine (npr. AISI 304 LN SST), debeline, primerne celotni velikosti. Sesalna prirobnica tipa CF je dimenzionirana za imensko črpalno hitrost, mala prirobnica, ki omogoča priključke visoke napetosti, pa je običajno CF 16. Pri večjih črpalkah (nad 100 l/s) so vložki izmenljivi skozi sesalno odprtino, pri manjših pa so vgrajeni za stalno. Vložki so sestavljeni iz strukture cevk (nerjavno jeklo, navadno o 18 x 26 mm), iz keramičnih izolatorjev in iz okvirja, katerega del so tudi Ti-plošče. Izolatorji so zavarovani pred naprševanjemz labirintnimi ščiti, kajti ločujejo od okvirja anodno satje (5-7 kV), ki je vstav-ljeno v stene posode. Vsak proizvajalec ima svojo izvedbo visokonapetostne prevodnice na CF16 prirobnici; prilagojena je na eni strani priključku na črpalne vložke, na drugi pa visoko napetostnem kablu napajalne enote. Magneti so navadno feritni, zunaj povezani z jarmom iz mehkega železa in pokriti z okrasnim pokrovom. Nekateri proizvajalci ponujajo alternativno tudi močnejše magnete (tipa Sm-Co), ki so veliko lažji, vendar tudi dražji. V reži enega para, kamor sega črpalni izrastek posode, morajo ustvarjati polje 0,10 - 0.15 T. Jarem in pokrovi so oblikovani tako, da čim bolj onemogočijo razsejanje magnetnega polja v okolico črpalke. V notranjosti ni nobenih navojnih zvez ali drugih slepih črpanj, ki bi lahko predstavljale navidezna (virtualna) puščanja. Za doseganje zelo nizkih tlakov (npr. 1011mbar) v kateremkoli sistemu je potrebno čim bolj zmanjšati razplinjanje. V kolikor ne zagotovimo maksimalne čistoče same črpalke, se lahko zgodi, da postanesama večji izvir plinov kot recipient. Zato je ves proizvodni proces podvržen strogemu režimu UW čistih postopkov. Že izhodne materiale se izbira najboljše, jeklo s čim nižjim % ogljika, dušika in vodika (po možnosti izdelano z elektro postopkom), čist titan in AI2O3-keramiko. Po strojnih obdelavah, poliranju ali finemu peskanju notranjih površin, varjenju in standardnih čiščenjih pride na vrsto montaža črpalnih elementov (satje, keramika, titan). Le-te se pred vgradnjo razplinja s prežarevanjem na cca 800 °C pri 10"5 mbar več ur: glavni namen je izgon vodika iz globine katodnega 13 ISSN 0351-9716 VAKUUM 1ST 16/2 (1996) materiala. Sestavljeno črpalko v proizvodnem procesu zaprejo s CF pokrovom, ki je preko bakrene cevke povezan na drug črpalni sistem in električno priključijo na visokonapetostni usmernik. Proizvajalec sedaj vklaplja po preizkušenem receptu zunanje in notranje črpanje ob istočasnem segrevanju za popolno razplin-jenje ohišja in vgrajenih delov. Če meritve kažejo, da je vse v redu, odščipnejo bakreno cevko (z mrzlim zvarom) in ionsko-getrska črpalka je pripravljena za uporabo. 7. Razvoj iorisko-getrske črpalke na IEVT Aktivnosti sodelavcev oddelka "Vakuumski sistemi in komponente" na IEVT in mnogih sodelavcev drugih znanstveno-raziskovalnih skupin, ki se zavzemajo za gradnjo slovenske žarkovne linije pri tržaškem sinhro-tronu, je omogočila domači in mednarodni (Copernicus) projekt, kjer eden v celoti, drugi pa delno naroča razvoj ionsko-getrske črpalke. Za mladi oddelek "Vakuumski sistemi in komponente" na IEVT so ta dejstva pomenila vabljiv izziv. V okviru te naloge je bil do sedaj izdelan prototip diodne črpalke, velikosti približno 120 l/s in s premerom sesalne odprtine 100 mm. Razvit je bil visokonapetostni napajalnik ter zgrajen merilni sistem za testiranje. Izvedenih je bilo že več poskusnih zagonov in ustreznih meritev. Pri tem so zavzeto sodelovali in se izpopolnjevali nekateri mladi raziskovalci in tehniki. 8 Sklep Ionsko-getrske črpalke zagotavljajo čisto obratovanje brez kakršnekoli kontaminacije, črpajo bolj ali manj vse pline in imajo dolgo obstojnost. Omogočajo velike črpalne hitrosti ter se odlikujejo z hitrim začetnim črpanjem in stabilnim delovanjem. Nimajo vrtečih se delov, ne potrebujejo vode ali tekočega dušika, poraba energije pa je majhna in se samodejno prilagaja tlaku. Njihovo glavno delovno območje se razteza med 5.10"4 in 10-10 mbar in še niže. So značilen UW element z razmeroma malo sestavnimi deli, vendar izdelava vključuje nekaj zahtevnih postopkov visokih tehnologij. 8. LITERATURA /1/ M. Audi M. Simon: Ion pumps. Vacuum 37 (1987) 629-636 /2/ E.D. Berners: Rebuilding ion pump elements for longer life. Rev. Sci. Inst. 57 (1976) 5 /3/ W. Bachler, Optimale Ausnutzung des Magnetfelder bei lonen Zerstauben Pumpen /4/ Varian tech. book: Basic Vacuum Practice. McGrow Hill. 1989 /5/ Prospekti različnih proizvajalcev /6/ M.H. Hablanian: High vacuum technology. Marcel Dekker INC. NY and Basel. 1990 /7/ M Wutz, H Adam W Wachler Theorie und Praxis der Vakuumtechnik. FVieweg&Sohn Verlag GmbH Braun-schwieg. 1982 /8/ N.S. Harris: Modern Vacuum Practice. McGrow Hill. 1989 Članstvo v Eurolab Slovenija Sredi leta 1992 je iniciativna skupina sedmih predstavnikov preskusnih laboratorijev, Urada za standardizacijo in meroslovje (USM) in Zveze inženirjev in tehnikov Slovenije (ZITS) ustanovila Sekcijo preskusnih laboratorijev pri ZITS, ki predstavlja nacionalno vejo Evropske organizacije za preskušanje (EUROLAB) in je bila na generalni skupščini Eurolab januarja 1993 sprejeta v članstvo kot opazovalka. Slovenija kot opazovalka ni imela nikakršnih obveznosti, s tem pa tudi ne možnosti aktivnega delovanja. V Eurolab je Slovenijo zastopal direktor USM, pri čemer je USM, kolikor je bilo mogoče, tudi populariziral delo Eurolaba z objavami v Sporočilih in s spodbujanjem udeležbe na prireditvah Eurolaba, kot je bila npr. organizacija udeležbe na Simpoziju Eurolab aprila 1994. Na zadnji skupščini, januarja 1996, pa je bil status Slovenije spremenjen v pridruženo članico. S tem se odpirajo povsem nove možnosti aktivnega sodelovanja, pa tudi seveda obveznost plačevanja članarine. Zato je napočil trenutek, da se Euro- lab v Sloveniji vzpostavi kot širše interesno združenje preskusnih, analitskih in kalibracijskih laboratorijev v Sloveniji. O namenu in prednostih, ki jih prinaša članstvo v takšnem združenju, preberite v Izhodiščih za delovanje slovenskega združenja preskusnih in kalibracijskih laboratorijev, Eurolab Slovenija. Če vas zanima sodelovanje pod navedenimi pogoji, odgovorite, prosimo, na vprašanja iz Vprašalnika za včlanitev v Eurolab Slovenija, ki je objavljen na zadnjih straneh Sporočil, in ga izpolnjenega vrnite na Urad za standardizacijo in meroslovje, z oznako "EUROLAB Slovenija". V novembru 1996 (predvidoma 7. novembra 1996) nameravamo organizirati skupščino vseh laboratorijev, ki seželijo včlaniti v Eurolab. Skupaj s skupščino bo potekal tudi seminar z naslovom: Zagotavljanje kakovosti v laboratorijih, ki bo obravnaval praktične vidike uvajanja sistema kakovosti v preskusne, analitske in kalibracijske laboratorije. 14 VAKUUMIST 16/2 (1996) ISSN 0351-9716 IZNAJDBA IN RAZVOJ KATODNE ELEKTRONKE IN DRUGIH VAKUUMSKIH ELEMENTOV ZA TELEVIZIJO (II. del) Stanislav Južnič* in Vinko Nemanič. Inštitut za tehnologijo površin in optoelektroniko, Teslova 30, 1000 Ljubljana Invention and development of cathode ray tube and other vacuum components of television (Part II.) ABSTRACT Next year we shall celebrate a century of the cathode ray tube In the second part of this article the history of the cathode ray tube as a part of the television is described. A special concern is put on the research done by baron Codelli, a Ljubljana-man of italian origin. POVZETEK Prihodnje leto bomo praznovali sto let iznajdbe katodne elektronke. V drugem delu razprave opisujemo razvoj katodne elektronke kot slikovne elektronke za televizijo. Posebno pozornost posvečamo raziskavam barona Codellija. Ljubljančana italjanskega rodu. 1 UVOD Dieckmannova, Rosingova in Campbell-Swintonova uporaba katodne elektronke v začetku našega stoletja ni takoj vplivala na razvoj televizije. Hitrost odklanjanja žarkov, ostrina zapisa, trajnost naprave in kvaliteta fokusiranja skeniranih žarkov so bili premajhni pred uporabo Buscheve elektronske optike. Zato celo sam Braun ni podpiral uporabe svoje elektronke v televiziji, ki se mu je zdela podobna telepatiji (Zworykin, 1958, 12; Kleinert, 1993, 71). Televizija v Rusiji in Sovjetski Zvezi Boris Lvovič Rosing (1869-1933) je napravil skupno več kot 120 različnih shem in sistemov televizije. Leta 1907 je na univerzi v St.Petersburgu sestavil elektronski televizijski sistem z Braunovo elektronko na sprejemni strani, ki ga je patentiral doma, v ZDA, Nemčiji in Angliji. Elektronski curek je moduliral s signalom fotocelice in odklanjal z magneti. Snemalna naprava je bila še mehanska, z dvema medsebojno pravokotnima zrcalnima bobnoma, vrtljivima okoli skupne osi za skeniranje prenašane slike. Počasne selenove fotoinduktivne celice je nadomestil s hitrejšimi fotocelicami iz alkalij-skih kovin, vendar še ni znal ojačiti šibkih tokov reda 0,1 pA. Rosing je razstavil svoj sistem v St.Petersburgu leta 1910 (Ustinov, 1989,121; Zworykin, 1958,9) in naslednje leto prikazal sprejem preprostih geometrijskih oblik. 8.11.1925 so B.P.Grabovski (1901-1966), V.l.Popov in N.G. Piskunov v Leningradu prijavili patent "radiotele-fota", prve praktične povsem elektronske televizije. Poskuse so začeli opravljati julija 1925 v laboratoriju industrijskega tehnikuma v Saratovu. V njihovem sistemu je fotokatoda pod vplivom svetlobe izločala elektrone, ki so jih odklanjali z mrežico v njeni bližini. * Stanislav Južnič je profesor fizike in računalništva na srednji Soli v Kočevju. Leta 1980 je diplomiral iz tehnične fizike na Fakulteti za naravoslovje in tehnologijo, magistriral pa leta 1984 iz zgodovine fizike na Filozofski fakulteti v Ljubljani. Elektronski "žarki" s termokatode so prehajali skozi mrežico in trkali ob fotokatodo. Tam so se srečavali z nasprotno usmerjenimi fotoelektroni. ki so tem bolj oslabili žarke, čim več jih je bilo v dani točki fotokatode. Tako so modulirali elektronski curek, ki je potem prenašal informacijo o osvetljenosti objekta. V naslednjih treh mesecih so delali poskuse na Leningrajskem vakuumskem zavodu. Porabili so le 1500 rubljev kljub sorazmerno zapletenim poskusom. Vendar v Leningradu imenovana komisija sprva ni podprla uporabe njihove naprave. —....... iL ■HHHI-'-IHH Slika 1. Shema Rosingovega televizijskega sistema s katodno elektronko kot sprejemnikom (Schröter, 1930, 5) Grabovski se je preko Saratova vrnil v Taškent in z Rosingovo pomočjo nadaljeval raziskave. 28.7.1928 je komisija priznala uporabnost "telefota", ki sta ga patentirala Grabovski in njegov laborant I.F. Beljanski. Prenašala sta po 7 senc v sekundi na 6-7 m oddaljen zaslon premera 5-6 cm z 200 do 300 vrstami v drugi sobi. Svojo prvotno idejo sta spremenila tako, da sta fotoobčutljlvo plast nanesla na neprepustno podlago iz srebra. Projekcija slike in elektronski žarki so bili sedaj na isti strani fotoobčutljive plasti, podobno kot v Zwo-rykinovem ikonoskopu leta 1933 (Barancev, 1986. 135). Televizija v Veliki Britaniji Junija 1908 je A.A.Campbell-Swinton (u.1930) v Londonu predlagal odpravo vseh mehanskih elementov iz televizijskega sistema. Le odklon elektronov s pravokotnima elektromagnetoma v sprejemniku in tudi v oddajniku s 160000 sinhroniziranimi operacijami v sekundi je lahko opisal celotno površino slike v desetinki sekunde, kar naj bi zadostovala za dobro televizijo. Campbell-Swinton še ni poznal fotoelektričnega pojava za oddajnik dovolj velike hitrosti in ojačevanja. Leta 1911 je opisal zaslon oddajnika iz majhnih kock rubidija kot samostojnih fotocelic v vakuumski posodi s fo-tobčutljivo natrijevo paro (Schröter, 1932,61: Zworykin, 1954, 246-248; Swift, 1950, 82- 83). Do leta 1926 je brez uspeha preizkušal takšne mozaične fotoelemente. 15 ISSN 0351-9716 VAKUUM IST 16/2 (1996) Campbell-Swintonove ideje so se uveljavile šele v naslednjem desetletju, saj se velika podjetja zanje sprva niso zanimala. Drugi raziskovalci so v različnih državah do novembra 1925 razvili še 6 modelov slikovne elektronke za televizijo (Barancev, 1986, 131). Škot Baird je ustanovil prvo izključno televiziji posvečeno družbo Television Limited in do odločitve britanske komisije 13.2.1937 uspešno konkuriral elektronski televiziji Marconijeve družbe E.M.I. Kljub pičli materialni podpori je aprila 1925 javno predstavil svojo televizijo z uporabo Nipkowe plošče frekvence 8,3 Hz in koloidne celice lastne izdelave za skeniranje odbite svetlobe. Senzor je moral biti tisočkrat občutljivejši od starejših aparatov, ki so prenašali samo sence prepuščene svetlobe. Črka "H" je bila na sprejemniku dobro vidna, težje pa je bilo s premikom roke ali obrazom, na katerem je bilo mogoče opaziti premikanje ust (Baird, 1925, 535). V nekaj mesecih je Bairdu uspelo rešiti problem prenosa slike po žici in nato tudi brezžično, kar je 27.1.1926 pokazal štiridesetim članom Royal Institu-tiona. Leta 1927 je dobil britanski patent za stereoskop-ski žični ali brezžični prenos slik ali gibanja. Okoli vrtljive Nipkowe plošče je eno v drugo postavil dve ali več spiral leč in fotocelic tako, da je vsaka pokrivala le eno področje slike ali pa le eno barvo. Svetlobo je filtriral,. nato pa v sprejemniku projeciral barve eno na drugo (Baird. 1927, 1,4, 5). Baird je s sodelavci 8.2.1928 prvi brezžično poslal sliko čez Atlanski ocean na valovni dolžini 45 m, za kar niso potrebovali vmesnih pretvornikov. 18.7.1929 je dr. Schapira pri Telefunknu v Berlinu sprejel dva modela televizije Bairda in njegovega direktorja Captaina O.G. Hutchinssona. Napravi sta stali 90 oziroma 12 mark in sta zmogli 12,5 slik s po 30 vrstami na sekundo pri 9000 Hz. Baird je prenašal slike po telefonskem kablu znotraj iste hiše in prepoznaval sedeče osebe brez podrobnosti. Telefunknova naprava z 48 zrcali naj bi bila boljša za prenašanja gibljivih slik (Schapira. 1929). Baird je Nipkowo ploščo nadomestil z bobnom s tridesetimi zrcali, kar je junija 1931 in 29.4.1932 uporabil BBC v prvi javni televizijski oddaji, prenosu konjskih dirk iz Derbyja. 2.8.1932 je BBC začel z osemmesečnim oddajanjem televizijskega programa, 2.11.1936 pa s prvimi rednimi televizijskimi oddajami v Londonu (Settel. 1978, 44. 47; Južnič. 1982. 25. 27-28: Zaje. 1995, 76- 77: Swift, 1950. 54, 57. 84). Slika 2. John Logie Baird (1888-1946) Slika 3. Shema naprave, s katero je J.L. Baird že leta 1924 oddajal obrise televizijsko snemanih predmetov Televizija v Nemčiji Braunova asistenta Dieckmann in Glage sta 12.9.1906 v Strassburgu patentirala Braunovo elektronko za prenos črk in risb brez premičnih delov v sprejemniku. Slike kovinskih modelov sta skenirala z dvajsetimi kontaktnimi krtačami, ki so nadomeščale odprtine v Nipkowi plošči. Krtače so bile povezane z generatorjem žagaste napetosti v vodoravnih odklonskih tuljavah katodne elektronke in s kontaktnimi krtačami na drsečih žicah potenciometra. ki so odajale tok tuljavam za navpični odklon Ob stiku s prevodno točko na kovinskem modelu so krtače Nipkowe plošče omogočile, da je stekel tok skozi elektromagnet, ki je odklonil elektronski curek v osciloskopu, da je zgrešil odprtino na svoji poti. Prevodni deli modela so se zato temno reproducirali na svetli podlagi zaslona osciloskopa. Celoten obrat Nipkowe plošče je trajal 0,1 s, zato je lahko svetlobni zapis na zaslonu sledil premikom in vrtenju modela. Zaslon je bilo mogoče fotografirati, kar se je avtorjema zdelo posebno pomembno, in sta to kar dvakrat zapisala v svojem patentnem spisu. Čeprav je bil Dieck-mannov aparat bolj faks kot televizija, je pomenil njegov sprejemnik napredek v elektronskem snemanju slike (Dieckmann, 1906: Zworykin. 1958. 7-9; Kleinert. 1993, 71). Dember je na fizikalnem institutu visoke šole v Dres-denu maja 1925 odkril povečanje emisije pri sočasnem vzbujanju fotoplasti z elektroni in s fotoni. Uporabljal je difuzijsko črpalko s Kaiser Wilhelmovega instituta v Berlinu pri raziskovanju odvisnosti dodatnega fototoka na aluminiju od intenzitete svetlobe pri konstantnem toku katodnih "žarkov". Fotoefekt je zaradi katodnih "žarkov" narastel. mejna valovna dolžina pa se je pomaknila proti dolgim valovom. Demberjevi poskusi so potrjevali Lenardovo teorijo, po kateri je povprečna energija vpadnih katodnih "žarkov" manjša od notranjega dela in zato ne zadostuje za izbijanje elektronov iz podlage. Zato elektroni ostanejo v kovini v vzbujenem stanju in jih potem lahko izbije iz podlage svetloba z manjšo energijo. B.V. Krusser je predložil konstruk- 16 VAKUUMIST 16/2 (1996) ISSN 0351-9716 cijo slikovne elektronke na osnovi Demberjevega odkritja (Dember, 1925, 529-530; Barancev, 1986,131-136). Zu der Pwcnochrift M 190102. Slika 4. Shema Dieckmann-Glagejeve naprave iz patentne prijave 12.9.1906 Sodelavec Telefunkna in asistent fizikalnega inštituta v Leipzigu August Karolus (1893-1972) je izboljšal foto-celico z uporabo efekta Škota Johna Kerra (1824-1907) in jo uporabil za moduliranje svetlobe v televizijskem sprejemniku. 21.6.1924 je dobil nemški patent št. 471720 za skeniranje z dvema Nipkowima ploščama s po 48 luknjami, za katerimi je postavil Elster-Geitlove alkalijske fotocelice (Siemens, 1957, 100). Mihäly je poleti 1919 v Budimpešti javno predstavil svoj televizijski sistem "telehor". Leta 1924 je odšel v Berlin in od leta 1927 raziskoval televizijo za nemško Državno pošto, medtem ko je Eduard Belin raziskoval v Franciji tudi za Avstrijsko državno radijsko družbo RAVAG. 11.5.1928 so na razstavi radia v Berlinu poleg Tele-funknove televizije, ki stajo izdelala Karolus in Schröter, predstavili tudi Mihälyjevo 30 vrstično televizijo, ki je zamenjala 10 slik velikosti 4 cm x 4 cm v sekundi. Mihäly je uporabljal obločno luč z volframovo nitjo in Nipkowo ploščo iz pertinaxa s 30 luknjami (Goebel, 1976, 62). Marca 1929 je imela Državna pošta v Berlinu že televizijsko sliko z 900 točkami, vendar brez tona. Allgemeinen deutschen Fernsehvereins je bila ustanovljena 13.9.1929 in je začela avgusta naslednjega leta v Berlinu izdajati revijo Fernsehen. Razen Codellija in Mihälyja je večina drugih avtorjev zagovarjala prednosti elektronske televizije s katodno elektronko pri sinhronizaciji in številu točk v sliki. Največ razprav v reviji Fernsehen je objavljal Nemec von Ardenne. V lastnem laboratoriju v Berlinu je vzporedno z Zworykinom v poznih dvajsetih letih razvil sodobno elektronsko puško s katodo, prekrito z oksidom. Zavzemal se je za uporabo ultrakratkih valov v televiziji. Leta 1931 je opisal posredno segrevanje ka-tode, ki preprečuje razprševanje katodnega materiala v katodni elektronki (Ardenne, 1930, 390 in 1933, 69) Ardenne je uporabil Zworykinovo sugestijo (29.12. 1923) o katodni elektronki kot skenerju s premično točko zapisa. Skenirani model enakomerne intenzitete, katerega sliko je želel prenesti, je upodobil na katodni elektronki. Prepuščeno ali odbito svetlobo je zbiral s fotocelico. Fototok je bil sorazmeren prepustnosti ali odbojnosti skenirane točke in je generiral signal za sliko. Če je svetlobo oddajal dlje, kot je bil čas prehoda posameznega elementa slike, se je skenirana točka raztegnila v črto in se je vodoravna ločljivost ustrezne zmanjšala. Prvotni skenerji s premično točko zapisa v katodni elektronki niso bili praktično uporabni, dokler niso začeli uporabljati učinkovitih fotopomnoževalk majhne vztrajnosti in visoke občutljivosti (Zworykin, 1958, 18-19). Osnovni problem televizije s katodno elektronko je bila ostrina in svetlost točke zapisa ter sočasno krmiljenje svetlosti in porazdelitve točk v elektronki (Ardenne. 1930, 193 in 1931, 65). Ardenne je uporabljal Wennel-tovo nizkonapetostno elektronko po Schroterjevi metodi "polovičnih slik" (Ardenne. 1930, 197. 199 in 1931, 66). Med von Ardenejevimi sodelavci na Heinrich-Hertz-ln-stitut fur Schwingungsforschung v Berlinu je bil tudi dr. Vladimir Šlebinger (r.1906). Med leti 1930-1933 je raziskoval skupaj z utemeljiteljem Hertzovega inštitita in njegovim direktorjem (med leti 1927-1936) Karlom Wil-lyjem Wagnerjem (1881-1953) in prof. dr. Gustavom Engelberton Leithauserjem (r.1881). Slednji je 30.6. 1933 opisal napravo za sprejem 90-vrstične slike velikosti 18 cm x 21,5 cm z mehanskim skeniranjem. ki jo je projeciral v predavalnici instituta (Fernsehen 4,1933. 40). Leta 1932 je Šlebinger dobil patenta za sinhronizacijo slike v sprejemniku ter za svetlobno modulacijo katodnega "žarka". Leta 1933 se je pred nacizmom umaknil iz Nemčije in postal asistent Tržačana Maria Osane (1880-1958) na Institutu za elektrotehniko v Ljubljani. Tudi Osana se je ukvarjal s televizijsko tehniko od leta 1928 in je za prve poskuse o osnovah delovanja televizije zgradil aparat z Nipkowo ploščo (Sitar, 1989, 169). 22.3.1935 so v Berlinu predvajali televizijski program, ki je menjaval 25 slik s 180 vrsticami na sekundo. Leta 1936 so s Telefunknovim ikonoskopom in Farnswor-thovo kamero prenašali letne olimpijske igre iz Berlina Televizija v ZDA Charles Francis Jenkins je začel raziskovati televizijo leta 1894. Le nekaj mesecev za Bairdom je 21.3.1925 razvil brezžični mehanski televizijski prenos na razdaljo več km. Patent zanj (št. 1642730) so mu priznali v Washingtonu 20.9.1927. Leta 1926 je patentiral "daljinski kino" (Friedel. 1930, 17: Borchardt, 1930, 94-95; Codelli, šk. 19; Swift, 1950, 34). 17 ISSN 0351-9716 VAKUUM IST 16/2 (1996) 20.5.1926 je Ives iz Bell Telephone Laboratories prijavil patent za televizijo v naravnih barvah z izboljšanim skeniranjem. Uporabljal je Nipkovvo ploščo s fotoceli-cami, ki so pokrivale posamezne dele spektra. Svetloba je padala na vrtljivo zrcalo skozi luknje v plošči. V sprejemniku je tok po vodniku reproduciral zapis na fotocelice, ki so bile povezane s posameznimi deli obrata plošče. Mehanizem vrtenja je bil tak, da je plošča naredila malo več ali malo manj obratov od komutatorja in tako dosegla spreminjanje vrstnega reda povezav med fotocelico in modulatorjem pri zaporednem skeniranju objekta. Bellovi laboratoriji so ponujali v tem času najboljšo mehansko televizijo (Ives, 1929; Dinsdale, 1931, 288). Razvoj je tekel v dve smeri: "videofon", ki bi ob telefonu kazal še vidno sliko sogovornika, in brezžično televizijo, ki bi sliko ponudila ob zvoku radia. Reklamiranje proizvodov po radiu (in tisku) je postalo pred ekonomsko krizo tridesetih let tako donosno, da je usmerilo televizijo v brezžični razvoj. Zworykin je med leti 1910-1912 študiral na Tehnološkem institutu v St. Petersburgu. Raziskoval je v Rosin-govem laboratoriju, kjer je spoznal prednosti elektronskega sistema pred mehanskim. Po diplomi je študiral pri Paulu Langevinu (1872-1946) na Colležge de France v Parizu. Med prvo svetovno vojno se je teorijski fizik Langevin ukvarjal tudi z radiotelegrafijo in katodno elektronko, medtem ko je Zworykin podobno delo opravljal v Ruski armadi. Slika 5. Vladimir K. Zworykin (1889-1982) Ob koncu 1. svetovne vojne je Zworykin odšel v ZDA. Sprva je delal za VVestinghouse, kjer niso bili navdušeni nad modulacijo intenzitete curka elektronov v televiziji z osno simetrično mrežico, kar je Zworykin prijavil 29.12.1923. Zanj je v ZDA dobil patent št. 2141059 šele 20.12.1938. Še kot ruski državljan v službi VVesting-hausa je leta 1925 patent dvakrat dopolnil. Katodno elektronko je predelil s ploščo s 33 plastmi iz različnih snovi, ki je nadomeščala fluorescentni zaslon. Plošča je bila iz aluminija ali drugega dobrega prevodnika. Na njej je bila naprej plast izolatorja, aluminijevega ali magnezijevega oksida. Sledila je tanka plast foto-občutljivega kalijevega hidrida, ki ga je naparil do sive barve, medtem ko bi bil pri večjih debelinah srebrn. Nanj je za kratek čas spustil vodik tako, da je dobil spojino svetlo modre barve, ki še ni prešla v vijolično. Vsaka kroglica kalijevega hidrida je delovala kot foto-celica. Mozaični zaslon za zeleno, modro in rdečo barvo je postavil med leče. Fotoefekt na vsaki kroglici kalijevega hidrida je bilo pravzaprav prevajanje med kroglicami in mrežo. Elektroni s kalijevega hidrida niso prišli na zaslon zaradi vmesnega izolatorja, tako da je tok tekel samo med zaslonom in mrežico. Moduliralnje je v skladu z generiranim tokom, ojačeno s triodo in oddan v anteno Zworykin je uporabljal izmenični tok frekvence 16 Hz. slike pa je menjaval dvakrat hitreje, po 32 na sekundo. Zasloni so bili iz spojin, občutljivih na različne barve, npr. cezijev klorid za rdečo (Zworykin. 1927, 1, 3, 5). Od 18.11.1927 in v letu 1928 so opravili prve televizijske oddaje v ZDA (Swift, 1950,61). 16.11.1929 je Zworykin na sestanku I.R.E. v Rochesterju (New York) poročal o kineskopu, ki ga je patentiral 22.2.1938 v ZDA pod št. 2109245. RCA, katere častni podpredsednik je postal leta 1954. je imela že tedaj na voljo delujoč televizijski sistem in potrebna finančna sredstva. Vendar je finančni zlom oktobra 1929 odložil trženje že končane tehnologije. Leta 1930 je Zworykin postal vodja elektronskega laboratorija pri RCA. ki se je leta 1919 razvila iz Marconi-jevega podjetja v ZDA. 13.11.1931 je razvil "ikonoskop" in dobil zanj v ZDA patent št. 2021907 26.11.1938. Ikonoskop ni zmogel več kot 240 vrst. kljub temu pa je prvi našel praktično uporabo. Slika se je prenašala na mozaik medsebojno izoliranih srebrnih kroglic, ki so fluorescirale zaradi dodanega cezija. Kroglice so bile obenem fotokatode in plošče kondenzatorja. Druga stran podlage iz sljude je bila prekrita s kovinsko elektrodo, ki je bila obenem druga plošča kondenzatorja. Vsak element slike je imel svojo fotocelico (kondenzator), tako da je bila gostota zrn mozaika okoli 100000 na cm2. Osvetlitev fotocelice je bila odvisna od svetlosti pripadajočega elementa. Fototok je nabil kondenzator. Med rotacijo elektronskega žarka, ki ga je ikonoskop uporabljal kot komutator, so se kondenzatorji eden za drugim praznili preko upora. Padci napetosti na uporu so ustrezali svetlobni jakosti na posameznih elementih slike. Signale so nato ojačili in z njimi modulirali nosilni val. Idejo so leta 1931 razvili pri RCA s stroški 4 miljonov dolarjev in z njo po letu 1934 izpodrinili mehansko televizijo. Pri analizatorju slike se je prenašana scena projecirala na fotokatodo. Tok fotoelektronov iz katode se je odklanjal s pravokotnima magnetnima poljema tako. da so šli skozi odprtino v zaporedju elektroni iz različnih elementov slike vzdolž skenirane črte in generirali slikovni signal. Nemški patent analizatorja Dieckmanna in R.Hella z dne 5.4.1925 št. 450187 je izboljšal Philo T.Farnsworth iz San Francisca s patenti št. 1773980 (7.1.1927) in št. 1986330 (17.4.1928). Dodal je longitudinalno magnetno polje za fokusiranje vzporedno osi, s katerim je dosegal ostro elektronsko sliko v ravnini odprtine. Ideje je dobil z branjem popularnih razprav Rusa Rosinga, ki je tudi po tej strani vplival na razvoj televizije v ZDA. Leta 1931 je Farnsworth skeniral 200 000 elementov slike treh ljudi velikosti 4 x 2,75 inčev z izmenično 18 VAKUUMIST 16/2 (1996) ISSN 0351-9716 «a žagasto napetostjo frekvence 12 Hz in 4800 Hz. Oddajnik je bil Braunova elektronka z mrzlo katodo v visokem vakuumu in majhno fotokatodo na posrebrenem steklu. Le majhen del fotokatode ni bil osenčen pred tlivno razelektritvijo. Fotokatodi vzporedna anoda je bila iz tanke plasti volframa na tankem okvirju iz vol-fram-niklja. Zaščita je bila tanka plast platine na notranji strani elektronke. V ravnini fotocelice je bil fluorescentni zaslon. Elektrone je pospeševal z napetostjo okoli 500 V in odklanjal s transverzalnim magnetnim poljem. Z izmenično žagasto napetostjo frekvence 3000 Hz in 15 Hz je skeniral 200 črt s 15 slikami na sekundo. Sprejemnik je bil "oscilit", podoben Zworykinovemu, z dvema medsebojno pravokotnima tuljavama. Anodna v obliki cevi je bila v gorišču elektronov, ki so leteli z oddajnika ali vlakna. Naprava je dajala boljšo sliko od mehanske televizije iz Bellovih laboratorijev. Konec leta 1931 so prodajali Farnsvvorthovo televizijo po 50 angl. funtov, adapter pa za dodatnih 20 funtov. Naprava je imela trajnost 1000 ur, cena obnove pa je bila 2-3 funte (Dinsdaie, 1931, 286-288). Farnsvvorthov analizator slike je dolgo tekmoval z Zwo-rykinovim sistemom, dokler slednjemu 20.12.1938 niso priznali patenta (Zworykin, 1958, 18-19; Settel, 1978, 42, 53 in 55). Naslednjih 30 let se niso mogli znebiti efekta ionizacije plinov zaradi preslabega vakuuma v katodni elektronki. Zato so uporabljali posebne "zanke" za ione, da bi preprečili destruktivno razprševanje z oksidom prekrite katode zaradi pozitivnih ionov, nastalih v elektronskem curku. Dokler niso dodali zaslona iz aluminija v katodno elektronko, so hitri negativni ioni večkrat prežigali središče fosfornega zaslona (Lafferty, 1981, 227-228). Nezaželeni vpliv sekundarne emisije so v Zworyki-novem laboratoriju pri RCA odpravili v ortikonu leta 1939 z uporabo počasnega komutacijskega žarka, ki pada povsod pravokotno na mozaik. Januarja 1946 so pri RCA razvili še 100 do 1000 krat občutljivejši slikovni ortikon. Super ortikon je prišel v uporabo leta 1947, manjši vidicon pa leta 1950 (Vadim, 1947, 168; Zwo-rykin, 1958, 18; Ustinov, 1989, 121-123). Televizija v Sloveniji Hrvat Josip Sliškovič, inženir in univerzitetni profesor na Dunaju, je prvi v Avstriji prikazal televizijo lastne izdelave, s katero je lahko prenašal sence. Za skeni-ranje slike je uporabljal Nipkovvo ploščo in fotocelico. O svojih izumih je predaval po vseh večjih mestih monarhije, tudi v Ljubljani (Codelli, šk.19). Codelli je v Ljubljani razvijal svoj televizijski sistem v sodelovanju z Arcom, ki je bil direktor Telefunkna, od leta 1903. Prijateljevala sta od leta 1907, čeprav je bil Codelli predvsem samouk, Arco pa je doktoriral v Strassburgu in bil med leti 1896- 1898 asistent Adolfa Carla Heinricha Slabyja (1849-1913), profesorja elektrotehnike na visoki tehnični šoli v Charlotenburgu. 12.1.1908 je Codelli predložil skeniranje televizijske slike z zrcali VVehneltovega valja s selenovimi celicami. Arco se je posvetoval s sodelavcem J.Schoemlichom in 28.1.1908 odgovoril, daje selen premalo občutljiv za svetlobo, da bi lahko sledil hitrim spremembam svetlobe in da bi bila dobljena slika premalo ostra (Arco, 1908, 3; 1930; Codelli, 1977, 120). Baron Anton Codelli je bi rojen 22.3.1875 v Neaplju v družini italjanskega rodu, ki se je v l6.stoletju naselila v Gorico Leta 1700 so kupili še Kodeljevo pri Ljubljani in ga obdržali do leta 1945. Baron Anton Codelli je maturiral na dunajskem The-resianumu. Leta 1894 je po zgledu pokojnega očeta stopil v avstrijsko vojno mornarico, kjer je ostal do leta 1897 Leta 1906 je opravil šestmesečni strokovni tečaj pri Teletunknu Umrl je leta 1954 v Portu Roncu pri Asconi v Švici. Decembra 1995 mu je bila odkrita spominska plošča na nekdanji Codellijevi graščini Turn na Kodeljevem. Svoja raziskovanja televizije je Codelli nadaljeval na Arcovo spodbudo 14.12.1927. Sodeloval je z Schröter-jem, direktorjem raziskovalnega oddelka Telefunkna v Berlinu med leti 1920- 1947, ki je že pred 1. svetovno vojno delal poskuse s katodnimi "žarki" v tlivki V prvi strokovni razpravi v novi reviji Fernsehen je Schröter tako za sprejem, kot za skeniranje slike predložil uporabo katodne elektronke, polnjene z argonom pri tlaku stotinko ali tisočinko mm Hg (Schröter, 1930,246 in 4). V istem volumnu Fernsehen je Codelli opisal svoj televizijski sistem brez katodne elektronke. Kathode „ Leuchtschirm L- Ablenk-Kondensator \ Anode + Ab/enk -Kondensator Slika 6. Skica Braunove katodne elektronke iz Schröterjeve razprave (1930, Fernsehen) Schröter je 27.9.1930 prijavil patent za predvajanje "polovičnih" slik z zaporednim menjavanjem sodih in lihih vrstic, ki so ga v Nemčiji priznali 23.3.1933. Skupaj s Knollom je raziskoval prenos elektronskih slik v Tele-funknovem televizijskem laboratoriju v Berlinu in objavil več knjig in zbornikov o televiziji. Codelli je 18.5.1928 v Nemčiji patentiral predvajanje slik vzdolž spirale. 22.6.1928 je zaključil pogajanja s Telefunknom, ki sta ga zastopala Schapira in Schröter. Telefunken je odkupil 60% delež pravic do Codelli-jevega televizijskega sistema za cel svet razen ZDA. Do tedaj je imel Telefunken v lasti le Karolusov televizijski sistem, ki ga je nameraval dopolniti s Codellijevimi izumi (NUK, III (155)). 14.11.1928 je Codelli poslal Schröterju opis svoje televizije s Kerrovo celico podobno kot v sistemu Karolusa. S Codellijevo pomočjo so napravo sestavili v Berlinu v šestih mesecih. 22.6.1929 je direktor dr.Karel Schapira pri Telefunknu izdal laboratorijsko potrdilo o 19 ISSN 0351-9716 Slika 6. Anton Codeiii (1875-1954) in kopija Codelli-jevega podpisa pod zapisnikom o pregovorih s Telefunknom, ki sta ga 22.6.1928 zastopala Shapira in Schröter. NUK, sign.ms 1397,iii(155), izdelavi prototipa televizije po Codellijevem patentu, za katerega je bilo odobreno 25300 mark, od tega 13000 za odškodnino Codelliju in za njegovo potovanje v Berlin. Končna cena naprave je bila skoraj dvakrat višja (Codelli, šk.19: NUK. 141. Nr. 3458 in Nr. 3408 III). Slika 7. Codellijev televizor iz leta 1930 (Sitar. 1987, 65) 17.1.1930 je Codelli opisal skeniranje z Nipkowo ploščo z dvema spiralama lukenj v skupno 25 kolobarjih. Za njima sta bili postavljeni Schroterjevi fotocelici, ki sta delovali izmenoma. Naprava je prenašala 12,5 slik s po 2500 elementi v sekundi. Tokove fotocelic je ojačeval de Forestov audionom, izdelan pri Tele-funknu. Namesto Nipkowih plošč je lahko uporabil tudi L.Weillerjevo zrcalno kolo. prvič izdelano leta 1889 (Friedel. 1930, 15; Codelli. 1930, 110-111; Grabnar. 1977. 112). Pri spiralnem skeniranju se je že majhna razlika v fazi na zunanjem robu poznala v središču slike, medtem ko se pri navadnem skeniranju fazne razlike same izničijo. Zato sta morala biti dušenje in frekvenca lastnega nihanja zrcala na sprejemni in oddajni strani Codelli- VAKUUM IST 16/2 (1996) jevega sistema natančno enaki, kar ie bilo za tedanjo tehnologijo praktično neizvedljivo (Schröter 1932. 52-53). Snemanje slike z mehaničnim skeneriem z zaznavno vztrajnostjo je povzročalo izgube in poškodbe slike. Le pri snemanju vzdolž spirale v Codellijevem sistemu so lahko točno prenašali slike v mehanski televi/iii (Ar denne, 1932. 18). Svojo siereoskopsko električno "daljno videnje" je Codelli med leti 1928-1931 patentiral v vseh pomembnejših evropskih središčih in v Kanadi, ne pa tudi v ZDA. Predsednik ljubljanske sekciie "Udruženja inženirjev in arhitektov" Milan Šuklje je 10.11.1933 menil, da je Codellijev odvetnik Abrahamson naredil napako, ko je zamudil rok 23.1.1931 za vlogo in plačilo zahteve za patent v ZDA. Zaradi nepravilne vloge 25.6.1927 in 29.12.1930 pod št. 60718 so Codellijev patent v ZDA zavrnili 18.8.1932. Kljub temu je multimiljonar in mecen Nikole Tesle (1856-1943) J. Pierpont Morgan iz Short-wawe and T V Corporation 11.10.1932 prosil Codelli-jevega washingtonskega odvetnika Emila Bönnelycka za podatke o Codellijevem patentu. Vendar ie pozneje Morgan 20.1.1933 zavrnil odkup Codellijevega patenta (Grabnar, 1977, 113). 52 Schröter, Zerlegunjjsmethoden dw Fernsehen*. Gedanke der Spiralzerlegung ist jodoch «pätcr in verschiedenen Formen wiedergekehrt. Zum Teil handelt es »ich dabei um Optiken, in denen prisuiatwcho Körper oder gekreuzte Schlitze mit verschiedener Geschwindigkeit rotieren1 Gegen dies© Vorrichtungen bestehen die in den Abschnitten D und G erhobenen Bedenken Statt aolcher erzwungenen Bewegungen des optischen System« benutzt A. von Codellium trotz großer spiegelnder Flachen mit geringer Antriebsleifltung auszukommen, die ireie, gcd&mpft '»bklingendo Kreiaschwia-gung des zuvor von einem Drehfclde mittels Resonanz aufgeschaukelten Hohlspiegel« {von SO mm Durchmesser!). Da dieses aus Nachdenken über die Slika 8. Schröterjev opis Codellijevega dela. objavljen v Handbuch der Bildtelegraphie und des Fernsehen, 1932. 52) ÜBER HELLIGKEITSSTEUERUNG BEI KATHODENSTRAHLRÖHREN UNTER BESONDERER BERÜCKSICHTIGUNG EINER NEUEN METHODE von Manfrod von Ardann« liei Bilm Fernsehverfahren. bei denen Spaltungen im Hilde führen. Iiut der Ver-auf der Sendescite mechanische, d. h. mit fasser bereit, früher an dic-ter Stelle hin erheblicher Trägheit behaftete Zerleger gewiesen Höchsten, in der Durchfall, angewendet werden, oder bei allen Ver- rung einer SpiralobUstung (CodelliI fahren, wo grundsätzlich mil der An- ¡381 sich die Aufspaltung durch 1'rAtf Slika 9. Ardennejev citat Coaellijevega dela (Fernsehen. 1932. 18) Codelli je prvi na slovenskih tleh začel uporabljati katodno elektronko v televiziji šele v sodelovanju z ljubljanskim trgovcem z elektroopremo in radijsko tehniko Francijem Barom. Codelli je 14.3.1930 v odgovor na mesec dni starejše Schröterjevo pismo sporočil, naj televizijsko opremo iz Berlina dostavijo kar na Barov naslov na Mestnem trgu 5/I v Ljubljani (Grabnar. 1977. 112: Codelli, ARS. šk.19 in NUK, 134) Schröter je 11.5.1928 v Berlinu še razstavljal mehanski sistem, avgusta 1930 pa je že zagovarjal uporabo katodne elektronke. Tako sta Schröter in Codelli približ- 20 VAKUUMIST 16/2 (1996) ISSN 0351-9716 no istočasno sprejela "ameriško" inačico elektronske televizije, ki je pozneje prevladala. Da bi se uveljavil v ZDA, je Codelli poleg mehanskega skeniranja in premičnih optičnih naprav kot tretjo možnost opisal povsem elektronsko televizijo brez premičnih mehanskih delov (Codelli, str. 12, 15). Uporabil je Farnsworthovi podobno Braunovo elektronko s fotokatodo (str. 16). Sliko je reproduciral z močno Braunovo elektronko, ki je imela obliko lijaka s preluknjano anodo in rahlo izbočenim fluorescentnim zaslonom. Katoda v obliki konkavnega zrcala je imela go-rišče sredi zaslona (str. 38. 75). Snemalna elektronka je bila steklena posoda, pregrajena s stekleno ploščo v dva izpraznjena prostora, od katerih je bil drugi Braunova elektronka z vročo katodo (str. 44, 77- 78). Codelli je tudi v elektronski inačici obdržal osnovno idejo snemanja in sprejemanja slike vzdolž spirale tako, da je imela slika gostejše elemente v sredi kot na robovih (str. 40, 50, 75). Ideja je temeljila na fiziologiji očesa (str. 4-7), med prvimi pa jo je uporabil Britanec Alexander McLean Nicholson 7.12.1917 in 16.10.1923 v patentu št. 1470696 v New Yorku, ZDA. Za sprejemnik je uporabil Braunovo cev, v kateri je curek elektronov na fluorescentnem zaslonu risal sliko po Arhimedovi spirali. Dipl.ing. Paul Kirchhoff iz Frankfurta na Maini je svojo inačico, predloženo 6.9.1925, zaradi nasprotovanja Codellija in Telefunkna patentiral šele 14.8. 1936 v Berlinu (Schröter, 1932, 51-52; Codelli, šk.19). Razvoj televizijske tehnike po drugi svetovni vojni je bil v Sloveniji in tudi v Jugoslaviji povezan z dejavnostjo Instituta (pozneje Industrije) za elektrozveze v Ljubljani, ki je bil uradno ustanovljen v začetku leta 1948. Sprva so v njem delali tudi nemški strokovnjaki, med domačimi pa predvsem Wedam, organizacijski in tehnični vodja TV-laboratorija od poletja 1949 ali 1950. Kupili so super ortikon od RCA in upeljali 625-vrstični sistem Švicarja Gerberja, sicer zasnovan v Sovjetski zvezi. Na razstavi leta 1953 v dvorani TVD Partizan na Taboru v Ljubljani so improvizirali majhen TV studio s super ortikonom kot edino snemalno kamero (Wedam, 1993, 50-51). Avgusta 1956 so ob mednarodni razstavi elektronike v Ljubljani začeli predvajati slovenske filme, ki so jih oddajali s stolpa na Ljubljanskem gradu. Redne javne televizijske oddaje v Ljubljani so se začele 11.10. 1958. Pregled stanja 100 let kasneje Iz zgodovinskega pregleda razvoja televizije oz. katodne elektronke, kot enega od bistvenih sestavnih delov, so razvidna področja, kjer so se ideje najtežje spreminjale v delujočo in "ubogljivo" napravo. Po sto letih so rezultati obilno pomnoženi in razvejeni. Opis stanja danes je zaradi silovitosti razvoja zadnjih desetletij skoraj nemogoč, tveganje, da podatki ne izgubijo aktualnosti v času od pisanja do izida v reviji, veliko. Razvrstitev elektronk, povezanih s televizijo, na katodne (za prikaz slike) in slikovne elektronke (za snemanje) je res najosnovnejša delitev glede na princip delovanja oz. funkcijo. Dodatno merilo delitve pa je namen uporabe: ali profesionalna ali široko tržišče. Pri slikovnih elektronkah je ostala skoraj izključno profesionalna uporaba v vrhunskih studijskih kamerah, v cenenih kamkorderjih je snemalna komponenta pol-prevodna CCD ploščica s površino okoli 1 cm2. Pri katodnih elektronkah so razmere drugačne: široko tržišče v milijonih elektronk na leto je pokrito z razmeroma skromnim številom tipov, od katerih je za TV standard izbranih le nekaj formatov v razmerju osi X:Y=3:2, diagonale pa so 37. 55. 63, 72 cm itd.. HDTV (High Density Television) s predloženim formatom X:Y=16:9 se šele uvaja. Druga obsežna niša so računalniški monitorji s še skromnejšim izborom stand ardnega formata 3:2 in diagonalami: 14, 15 in 17 inč. Bistveno pestrejše je področje profesionalne uporabe katodnih elektronk, ki zajema nekaj specializiranih področij: vojaški sistemi, navigacija letalskega in pomor skega prometa, merilna civilna tehnika, medicinske diagnostične naprave, računalniški monitorji za različne specifične namene, projekcijski TV monitorji itd.Formati so tu skoraj poljubni: od linijskega formata z eno samo osjo odklona do radarskih okroglih zaslonov z linearnim in krožnim odklonom. Diagonala slike sega od 1,3cm (=1/2 inče) pri naglavnih zaslonih (HUD, angl. head-up display) do premera nad 90 cm. Poleg uporabe kot barvni zaslon se katodne elektronke še vedno pogosto uporabljajo za prikaz črno-bele slike. Razlogov je več: slika je ostrejša in v barvni lestvici ni nujno bogatejša, ali pa je prednost drugje: manjša poraba električne energije, masa, enostavnost itd. Tudi principov zapisa slike oz. simbolov je več: poleg skeniranja z dano frekvenco, ki je v uporabi v TV in računalniških monitorjih, še vektorski način (angl. stroke write), primeren za grafični prikaz simbolov, npr za velike monitorje za CAD (angl. computer aided design), ki da mirnejšo in ostrejšo sliko linij in direkten časovni izpis signala, kar je v uporabi pri osciloskopih: danes je frekvenčno območje pri več deset GHz.V uporabo je prišlo več načinov izboljšave kontrasta: z antirefleksnimi in ozkopasovnimi spektralnimi filtri. Oba načina omogočata uporabo v najbolj neugodnih svetlobnih razmerah. Načini prikaza so: direktno gledanje zaslona, proieci-ranje slike z zaslona elektronke na opazovalni zaslon, ki je prepusten ali polprepusten, ki omogoča superpo-zicijo slike z zaslona na poljubno ozadje, npr. že omenjeni HUD. Razvile so se tehnike stereoskopskega (3D) opazovanja dveh slik, posnetih s specialno tehniko, ki se bo iz ozkih niš (aviacija, medicina) razširila na oDe-tavno širše področje za prikaz navidezne resničnosti. Ločljivost monitorjev, izražena s številom naslovljenih svetlobnih točk, danes že presega 4 milijone (kar usteza 2000 vrsticam) s polnim spektrom barv. Težave nastopijo seveda pri procesiranju in prenosu signala, ki je potreben za naslovitev vseh teh točk. Svetlost slike, potebne za sprejemljivo dobro dojemanje informacije, je lahko samo nekaj deset cd/m2 pri okularnih monitorjih do 10000 cd/m2 pri projekcijskih elektronkah, vendar je zahtevnost doseganja posameznih nivojev skrita za mnogimi dodatnimi parametri, kot je npr. anodna napetost itd. Zahteve posamezne zvrsti elektronk se med seboj dokaj razlikujejo, zato je absolutne meje težavnosti izdelave težko postaviti enolično. Zamislimo si naslednji zgled. Impregnirana katoda z emisivnostjo nekaj 10 A/cm2 se pri enaki obremenitvi lahko uporabi za izboljšanje svetlosti ali ločljivosti ali velikosti zaslona Posamična katodna elektronka pa ima izboljšano lastnost, kjer v končnih številskih vrednostih posameznih 21 ISSN 0351-9716 VAKUUM IST 16/2 (1996) količin vpliv same katode ni več prepoznaven. Enako velja za izboljšane nove tipe luminoforjev. Večji svetlobni izkoristek se kaže lahko: ali v večji končni svetlosti ali v boljši ločljivosti ob enaki svetlosti. Luminoforji, kjer so aktivatorji redke zemlje, so zaradi ozkega spektralnega izseva primernejši za monitorje z dobrim kontrastom kot navadni širokospektralni z večjim izkoristkom itd. Katodne elektronke, uporabljene v vojaških sistemih, imajo poleg strogih optoelektronskih meril poudarjene zahteve za mehansko vzdržljivost na udarce in vibracije. Uporabnost v širokem razponu temperatur (od -40 do +70°C) jih še vedno uvršča med nenadomestljive, saj npr. LCD zasloni odpovedo v okolici 0°C. Družina katodnih elektronk zajema skoraj nepregledno veliko tipov, z množico formatov in drugih prilagoditev '■za specialno uporabno okolje. Mnoge izboljšave, ki smo jim priča, so prišle do izraza ob pomoči zmogljive elektronske podpore, ki lahko nekatere hibe samih elektronk občutno popravi, npr. geometrijska korekcija odklonov, elektronsko optičnih aberacij, stabilnosti in korekcije barv itd. Ob današnji razširjenosti in odličnim, pogosto izjemnim lastnostim jim je za naslednjih deset let, kljub prodoru ploščatih zaslonov, uporabnost zajamčena. Ob hitrem napredku na vseh področjih pa je napoved za še daljše obdobje nemogoča. Iz zgodovinskega pregleda razvoja televizije, oz. katodne elektronke kot enega od bistvenih sestav-nih delov, so razvidna področja, kjer so se ideje najtežje spreminjale v delujočo in ubogljivo napravo. POMEMBNEJŠI DOGODKI V RAZVOJU TELEVIZIJE dogodki v svetu _slovenski prispevki_ 1817 Berzelius odkrije selen 1837 Becquerel odkrije fototok ob osvetlitvi selena 1843 Bainov slikovni telegraf 1845 Faraday odkrije sukanje polarizacijske ravnine svetlobe v magnetnem polju 1847 Bakewellov kopirni telegraf 1851 Hittorf razišče prevodnost selena 1858 Plücker odkrije odklon katodnih "žarkov" v magnetnem polju 1863 Caselli prvi praktično prenese slike od Pariza v Lyon 1869 Hittorf razišče svetlobne pojave v Geisslerjevi cevi 1881 Ayrton in Perry uporabita Faradayevo odkritje iz 1.1845 1883 Edison patentira termoionsko emisijo 1884 Nipkowa plošča 1887 Hertz odkrije fotoefekt 1890 Fleming pojasni Edisonovo odkritje termoionske emisije 1893 fotocelica Elstra in Geitla 1897 Braun objavi prvo razpravo o katodni elektronki 1904 Wehneltova nizkonapetostna katodna elektronka 1906 de Forestova trioda 12.9.1906 (št. 190102. Nemčija) Dieckmann in Glage uporabita katodno elektronko za prenos črk in risb 1907 Rosenthal uporabi fotocelico v svetlobni telegrafiji 1907 Rosingova televizija v St.Petersburgu 1908.1911 Campbell-Swintonova televizija v Angliji 1910 Liebenova trioda 1912 Nardinov rele 1919 Mihäly predstavi svoj TV sistem v Budimpešti 1922 Arthur Korn (r.1870) prenaša podobe čez Atlantik 29.12.1923 (Št.2141059, ZDA.20.12.1938) Prvi Zworykinov patent TV 21.6.1924 (št.471720, Nemčija) Karolusov TV sistem 1924 Ardennejev sprejemnik in oddajnik s katodno elektronko 1925 Biard prenaša enostavne slike več kilometrov daleč 21.3.1925 (št. 1642730, ZDA, 20.9.1927) Jenkins prenaša enostavne slike več kilometrov daleč 8.11.1925 Radiotelefot v Leningradu 18.10.1926 Bushove enačbe za gibanje elektronov v polju 7.1.1927 (št. 1773980, ZDA) in 17.4.1928 (št.1986330. ZDA) Farnsworthov analizator 1928 Richardson dobi Nobelovo nagarado za raziskovanje termoionske emisije 1928 Mihälyjeva ter Karolus-Schröterjeva televizija v Berlinu 18.5.1928 (Nemčija) Codellijev TV sistem 1929 predstavitev barvne TV v Bellovih telefonskih laboratorijih 16.11.1929 (št.2109245. ZDA. 22.2.1938) Zworykinov kineskop 27.9.1930(Nemčija,23.3.1933) Schröterjev prenos "polovičnih" slik 13.11.1931 (št.20021907, ZDA, 26.11.1938) Zworykinov ikonoskop 1932 Šlebingerjeva patenta 1935 sprejemnik za barvno televizijo Avstrijca J.Naglerja 1946 ortikon 1947 super ortikon 1948 Institut za elektrozveze v Ljubljani 1950 vidicon 1952 barvna televizija pri RCA: Ernest Orlando Lawrence (1901- 1958), Luis Walter Alvarez (r.1911) in Edvin Matisson McMilan (r.1907) 11.10.1958 prve javne TV oddaje v Ljubljani (opomba številke v oklepaju zadevajo patente z datumi priznanja) LITERATURA Arco grof Georg, Pismo Codelliju iz Berlina v Ljubljano. 28.1 1908. 4 strani Pismo Codelliju iz Berlina na Dunaj, 23.4 1908. 3 strani (Codelli. šk.20) Pismo dr Schapiri od Telefunkna. 15.9 1930. 2 strani (Codelli. šk 19) 22 VAKUUMIST 16/2 (1996) ISSN 0351-9716 Ardenne Manfred von (r.1907), Verstärkermesstechnik. Instrumente und Methoden, Julius Springer, Berlin, 1929 Die Braunsche Röhre als Fernsehempfänger, Fernsehen. 1 (1930) 193-202 Zur Anwendung ultrakurzer Wellen für das Fernsehen. Fernsehen. I (1930) 390-392 Uber neue Fernsehender und Fernsehempfänger mit Kathodenstrahlröhren, Fernsehen. 2 (1931) 65-80 Über fortschritte beim Fernsehen mit Kathodenstrahlröhren, Fernsehen, 2 (1931) 173-178 Über Helligkeitssteuerung bei Kathodenstrahlröhren. Fernsehen, 2(1932) 18-29 Uber eine indirekt geheizte Kathode für Braunsche Röhren, Fernsehen. 1 (1930) 67-69 Baird John Logie (1888-1946), Television, a description of the Baird system by its inventor, Wireless Word and Radio Review, (21.1.1925) 533-535 Improvements in or relating to the Transmission and/or Repro-duction of Views, Scenes or Images by Wires or Wirelessly. Britanski patent št.266,564, prijavljen 1.9 1925 pod št 21.846/25. dopolnjen 1.7.1926, sprejet 1.3.1927 Barancev A l in V.A.Urvalov, Tehničeskie aspekti značenije radiote-flota B.L.Grabovskogo v istorii televidenija. VI ET, 2 (1986) 130-38 Borchardt dr.Curt (Charlottenburg), Historischen Daten aus der Vorgeschichte des Fernsehens. Fernsehen, 11930. 94-95 Codeiii baron Anton pl.Fahnenfeld (1875-1954), ROKOPISNO GRADIVO: Arhiv R Slovenije, fond graščinski arhiv. Gr A XVIII (citirano kot: Codelli) in: Narodna in univerzitetna knjižnica, rokopisni oddelek, sign.MS 1397 (citirano kot: Codelli. NUK). Ein neues Fernseh-System, Fernsehen 1(1930), št.3, str. 107-114 Codellijeva pisma Arcu 12 1.1908. nedatirano (februar-marec 1908) in 20.12.1927 (Codelli. šk. 14). Prevod v: Dokumenti Slovenskega gledališkega muzeja. Ljubljana. IS (1977) št.29, str.118-121 3 strani dolg zapisnik pogajanj med Codellijem in Telefunknom z dne 22.6.1928 (Codelli. NUK. (155) III) Codellijevo pismo Schröterju, 14.11.1928,9 strani (Codelli, šk.19) Specifikacija s patentnimi zahtevki. 17.1.1930, nemški tipkopisin angleški prevod na 15 straneh s 17 patentnimi zahtevki na 5 straneh in 6 skicami na 2 straneh (Codelli. šk.19) Codellijev 60 strani dolg angleški tipkopis z 62 patentnimi zahtevki na nadaljnjih 20 straneh, nedatiran (26.4.1930?) (Codelli, šk.19) Dember Harry (1882-1943), Über eine Beenflussung der lichtelektrischen Elektronenemission durch Bestrahlung mit Kathodenstrahlen, Z.Phys. 22 .(11.6.1925) 529-532 Dieckmann Max (r 1882) in Gustav Glage. Verfahren zur Übertragung von Schriftzeichen und Strichzeichnungen unter Benutzung der Kathodenstrahlenröhre, Patentschrift Nr 190102, 12.9.1906 Dinsdale, A., Television by Cathode Ray, The New Farnsworth System. Wireless Word and Radio Review, 2S (1931) 286-288 Friedel dr.W. Die geschichtlische Entwicklung des Fernsehens, Fernsehen, 1 (1930) 12-17 Goebel Gerhard. Die Fernseh-Start in Deutschland. Funkschau, 12 (1978) 906-909 Grabnar Boris, Nenavadni baron na Kodeljevem, Dokumenti Slovenskega gledališkega muzeja. Ljubljana. JjL_št.29 (1977) str.110-114 Ives Herbert E., Television, patent v ZDA št.1.738,007, prijavljen 20.5.1926 pod št.110.378. sprejet 3.12.1929 Jenkins Charles Francis, Twin light-cell transmitter, patent v ZDA št. 1,642,730, prijavljen 21.3.1925. sprejet 20.9 1927 Južnič Stanislav, Anton III. baron Codelli - "izumitelj" televizije ?, Kronika, 2Ü (1982) 25-31 Zgodovina elektronskega mikroskopa, Vakuumist, H/4 (1994) 20-25 Kleinert Andreas, Ferdinand Braun et les dežbuts de la TSF an Alemagne, Revue džhistoire des sciences. 4£-1 (Jan-Mar 1993) 59-71 Lafferty James M, Vacuum: from art to exact science, Physics today, 24 (november 1981) 211-231 Mihäly Dežnes von (1894-1953). U"ber die Synchronisierung elektrischer Fernsehapparate, Fernsehen 1 (1930) 19-22. 52-57 Ozvald Branko. Ljubljančan baron Anton Codelli - eden najplo dovitejših izumiteljev na Slovenskem. Zbornik za zgodovino naravoslovja in tehnike H (1991) 121-149 Baron Codelli - izumitelj televizije. Življenje in tehnika, junij 1994. 39-45 Sawyer W.E.. Seeing by electricity. Sei.American. 42 (1880) 373- Schapira Karel. Pismo Codelliju 20.7 1929 (Codelli. šk.19) Schröter Fritz Georg Ernst (r.1886), Die Braunsche Röhre als Fernseher. Fernsehen 1 (1930) 4-8 Aus der Entstehungsgeschichte der Glimmlampe, Fernsehen, 1 (1930) 244-249 Pisma Codelliju 27.10.1928. 31.10.1928,20.11 1928 in 14.3.1930 (Codelli, šk 19) Handbuch der Bildtelegraphie und des Fernsehen, bearbeited und herausgegeben von F.Schröter Verlag von Julius Springer. Berlin 1932 Fritz Schröter in Max Knoll (1897-1969). Elektronische Bild- und Zeichenübertragung mit Isolator- bzw Halbleiterschichten. Physikalische Zeitschift. 2fi (1937) 330-333 Settel Irving in William Laas. A pictorial history of television. Grosset & Dunlap Inc. New York. 1969. Prevedeni izbor v: Istorija američke televizije. Univerzitet umetnosti. Beograd. 1978 Siemens Georg, History of the house of Siemens. Karl Alber. Freiburg/Munich. 1957. Il.dei Sitar Sandi. Iz predzgodovine radijske in televizijske tehnike na Slovenskem. Zbornik za zgodovino naravoslovja in tehnike, 1Q (1989) 163-170. Sto slovenskih tnanstvenikov. Prešernova družba 1987 str 64-65 Swift John. Adventure in vision The First Twenty-Five Years of Television. John Lehmann. London. 1950 Šuklje ing.Ivan (1881-1937), Codelli versus Abramsberg Pisno mnenje o patentiranju Codellijevega izuma v ZDA. 10 11 1933 (Codelli. šk.19) Ustinov I.D. B P Borisov. Vidajuščisja izobretatel i učenii V.K.Zwo-rykin (K 100-letiju so dnia roždenija). VIET. (1989). No 4. str 121-124 Vadim Murašov. Kratek pregled televizije. EV. (1947). 166-171 Wedam Albin (r. 1921), Zakai Codelli ni uspel s svojim televizijskim sistemom9, Dokumenti Slovenskega gledališkega muzeia Ljubljana. 12 (1977) št.29. str. 114-118 Razvoj televizijske tehnike pri nas V zborniku: Televizija prihaja, ur. Lado Pohar. RTV Slovanija. Ljubljana 1993. str 49-56 Zaje Melita. Nevidna vez: rabe radiodifuzne televizije v Sloveniji. Znanstveno in publicistično središče, Ljubljana. 1995 Zworykin Vladimir Kosma (1889-1982), Improvements in or relating Television Systems, patent v ZDA 13 7.1925 št 1.691,324. patent št.255.057 v Britaniji, prijavljen 3.7.1926 pod št 16.736/26. sprejet 31 31927 The iconoscope-a modern version of the electric eye. Proc IRE 22 (1934) 16-32. Ponatis v Proc.IEEE Z2 (1984) 724-730 Zworykin m George A Morton. Television, Jonn Wiley & Sons. Inc New York, 1954 Zworykin. E.G.Ramberg in L.E.FIory. Television in Science and Industry. John Wiley & Sons. Inc. New York. 1958 ZAHVALA Za koristne napotke se zahvaljujem Branku Ozvaldu, univ. prof. v pokoju iz Ljubljane in dr. Francu Jurkoviču iz Fakultete za elektrotehniko računalništvo in informatiko v Mariboru. 23 ISSN 0351-9716 VAKUUMIST 16/2 (1996) NASVETI —11r****TH**T*HTTWiiTrffTnffiiffrirTrfnrTffT*^^ iinirrrnirrr-rmriT""—*— Uporaba Rootsovih predčrpalk v visokovakuumskih sistemih Vprašanje. Zakaj uporabljajo v visokovakuumskih črpalnih sistemih kot predčrpalko za difuzijsko črpalko najpogosteje kombinacijo Rootsove in majhne enostopenjske rotacijske črpalke, namesto samo ene, večje rotacijske? Odgovor Pri odgovoru na to vprašanje se bom naslonil na prispevek v Nasvetih iz prejšnje številke Vakuumista (16, 1969,1,25-27) z naslovom PRAVILNO UPRAVLJANJE VISOKOVAKUUMSKEGA ČRPALNEGA SISTEMA. Ugotovili smo, da poznamo usklajene kombinacije črpalk (difuzijske črpalke in njej primerne rotacijske predčrpalke), neusklajene in predimenzionirane, kar smo ponazorili z diagrami, kjer so bile prikazane pretočne karakteristike (Q v mbar l/s) črpalk v odvisnosti od tlaka. Vzemimo spet difuzijsko črpalko z nominalno črpalno hitrostjo (tj.pri 1.10"4 mbar) 12.000 l/s, ki ima oznako Dl 12000 (Leybold). Njen mejni predtlak (tj. tlak na izpušni strani, pri katerem črpalka hipno preneha delovati) je okoli 0,5 mbar in je mejni pretok tik pred tem še Qm= 32 mbar l/s (Podatek je približno določen z ekstrapolacijo objavljene karakteristike v katalogu proizvajalca.). Na diagramu, slika 1, je to označeno s točko M. V isti diagram smo vrisali tudi druge pretočne karakteristike, in sicer za: - dvostopenjsko rotacijsko predčrpalko DK 100 z nominalno črpalno hitrostjo 115 m3/h, moč pogonskega elektromotorja 3 kW - dvostopenjsko rotacijsko predčrpalko DK 200 z nominalno črpalno hitrostjo 225 m3/h, moč pogonskega elektromotorja 5,5 kW - kombinacijo zaporedno vezane Rootsove črpalke WA 250 in rotacijske enostopenjske S 60 s skupno črpalno hitrostjo 230 m /h, moč pogonskih elektromotorjev skupaj 3,3 kW - trohoidno predčrpalko TR 400 W/L s 400 m3/h, z močjo elektromotorja 11 kW in - trohoidno predčrpalko TR 630 W/L s 630 m3/h in močjo elektromotorja 15 kW. Iz diagrama se da ugotoviti, da leži na pretočni karakteristiki kombinacije Rootsove črpalke WA 250 in njej zaporedno vezani enostopenjski rotacijski črpalki S 60 (60 m3/h) tudi mejna točka M difuzijske črpalke. Tudi karakteristika dvostopenjske rotacijske predčrpalke DK 200 poteka skoraj skozi točko M. V obeh primerih gre za usklajeno delovanje. Karakteristika DK 100 poteka daleč vstran (neusklajenost), medtem ko sta obe trohoidni predčrpalki predimenzionirani. Odločati se moramo torej med dvostopenjsko DK 200 in WA 250/S 60. Pri odločitvi bosta igrali glavno vlogo cena in poraba električne energije. DK 200 je za 16% dražja od WA 250 + S 60, pri tem pa je potrebna moč elektromotorjev za slednjo kombinacijo za 2,2 kW manjša. Torej bodo nakupni in pogonski stroški manjši. Morda bi pred končno izbiro še pomislili, ali nam bi morda zadostovala nekoliko večja enostopenjska rotacijska predčrpalka, npr. E 250 z nominalno črpalno hitrostjo 290 m3/h, ki je 4% cenejša od DK 200 in 12% dražja od WA 250 + S 60, kar bi bilo dovolj za pred-črpanje difuzijske črpalke Dl 12000, ki ima pri mejnem tlaku le 32 mbar l/s. Vendar, če bi odprli ventil za dodajanje zraka ("gasballast" ventil za izganjanje vodnih par iz črpalkinega olja), bi se pretok pri 0,5 mbar zmanjšal iz 38 na 20 mbar l/s, kar pa bi bilo premalo za normalno delovanje difuzijske črpalke. Torej E 250 ne ustreza. "Predimenzionirani" črpalki TR 400W/L in TR 630VV/L pa sta dvakrat oz. trikrat dražji od DK 200. pa še energijsko sta potratni, zato ne prideta v poštev Kupci, ki so praviloma varčni, raje naročajo visoko-vakuumske sisteme s kombinacijo Rootsove in enostopenjske rotacijske predčrpalke, ki jim pomeni predvsem manjše obratovalne stroške. -R40CW/l WA250/S60A Slika 7. Odvisnost pretoka Q od tlaka p za oljno difuzijsko črpalko Dl 12000 in nekatere predčrpalke Dr. Jože GasperiC Inštitut "Jožef Štefan" Jamova 39 1001 Ljubljana 24 VAKUUMIST 16/2 (1996) ISSN 0351-9716 Kako določimo barvne koordinate dekorativnih (trdih) prevlek? Dekorativne prevleke so najstarejši primer uporabe tankih plasti. Uporabljamo jih za dekoracijo in zaščito površine predmetov pred korozijo, oksidacijo in abrazi-jo. Pripravimo jih lahko z najrazličnejšimi elektrokemij-skimi in vakuumskimi postopki. Barve prevlek so odvisne od vrste materiala in parametrov nanašanja plasti. V splošnem jih lahko pripravimo v kakršnikoli barvi. Najzanimivejše so tiste, ki jih lahko uporabimo kot nadomestek za zlato. Po barvi so zlatu še najbližje tanke plasti nitridov titana, cirkonija in hafnija, ki spadajo v skupino keramičnih materialov, zato so zelo trde in odporne proti razenje. Z delno nadomestitvijo kovinskih in nekovinskih atomov pa se njihova barva spreminja v zelo širokem deiu spektra. Značilen primer je (Ti,AI)N, ki spremeni barvo od srebrne do zlate in temno modre, če spreminjamo vsebnost aluminija in dušika. Barva predmetov, kot jo vidi človek, je subjektiven občutek, ki je najprej rezultat zapletenih interakcij med svetlobo in snovjo, nato pa še fotokemijskih procesov v očeh. možganih ter od psihološkega odziva. Zato so si raziskovalci dolgo časa prizadevali najti način, kako barvo ovrednotiti kvantitativno. Izhodišče sta postavila Helmholz in Young v začetku prejšnjega stoletja, ko sta ugotovila, da lahko poljubno barvo (B) sestavimo iz določenih deležev modre (M), zelene (Z) in rdeče (R) barve, kar je posledica treh vrst čepkov v očesu: B(X) = x(X)M + y(X,)Z + ž(\)R Vsaki barvi lahko torej priredimo vektor,_ katerega dolžina določa intenziteto barve, koordinate x, y in z pa barvo. Barvne koordinate x, y in z določimo ekspe-rimetalno tako, da na del belega zaslona projeciramo monokromatsko svetlobo z izbrano valovno dolžino, na drugi del zaslona pa hkrati projeciramo modro, zeleno in rdečo svetlobo. Moč posameznih izvirov in s tem intenziteto svetlobe spreminjamo tako dolgo, dokler opazovalec ne presodi, da sta barvi obeh delov zaslona identični. Takšne meritve so bile narejene za monokromatsko svetlobo iz celotnega spektra vidne svetlobe z A"" y (X) ^ \ i(X) fh \ \ / / \ 500 600 valovna dollino. X 700 n»r velikim številom opazovalcev. Vrednosti barvnih koeficientov v odvisnosti od valovne dolžine so bile leta 1931 standardizirane, prikazane pa so na sliki 1. Z barvnimi koeficienti x, y in z je torej barva enolično določena^ Če njihove vrednost^ norjnaliziramo (x=x/(x+y+z), y=y/(x+y+z), z=z/(x+y+z)), preidemo na dve spremenljivki, kar nam omogoča prikaz barve v dvodimenzionalnem diagramu, tj. v ravnini. Na tak način priredimo trem krivuljam na sliki 1, ki ustrezajo čisti monokromatski svetlobi, barvni trikotnik (slika 2). In kako določimo barvne koordinate svetlobe z 0.9 0.6 0.5- 0.3 0.2 520 • p ^^^ L i I •V \soo \ V"» j- \ I \ ; ZrN 13 ¿S Jv^600 ^^^^ ^ 700 Vs01 modra ^____ - V 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 08 x Slika 2. Barvni trikotnik z barvnimi koordinatami Zr-N plasti z različno sestavo zveznim spektrom? Spekter zvezne svetlobe najprej razdelimo na intervale s širino A\. Delež svetlobe z izbrano valovno dolžino ki prispe v oko, je enak (p(A.n)AA. in je odvisen od (slika 3): (a) vrste izvira svetlobe (spektralno porazdelitev svetlobe, ki jo oddaja izvir naj določa funkcija S (A.)), (b) od prepustnosti T(A.) morebitnih filtrov, skozi katere gre svetloba na svoji poti od izvira do predmeta, (c) od odbojnosti površine predmeta, R(A), ki je seveda za svetlobo z različnimi Izvir svetlobe Slika 1. Vrednosti barvnih koeficientov x, y in z v odvisnosti od valovne dolžine Slika 3. Shema sistema svetlobni izvir-predmet-oko, spektralna porazdelitev svetlobe, ki jo oddaja izvir, odboinost predmeta v odvisnosti od valovne dolžine svetlobe in spektralna občutljivost očesa. 25 ISSN 0351-9716 VAKUUM IST 16/2 (1996) valovnimi dolžinami različna, in končno od (d) občutljivosti očesa za svetlobo različnih valovnih dolžin; le-ta je^ podana s prej omenjenimi barvnimi koordinatami x(X), y(X) in z(X). Intenziteta svetlobe izbrane valovne dolžine, ki prispe v oko (X2 )x(X2 )A\+..-Kp(A.n )x(Xn )AX]m + +[cp(X, )y(X, )aX + (/OAX Če_ >C Vjn Z normaliziramo (X=X/(X+Y+Z), Y=Y/(X+Y+Z), Z=Z/(X+Y+Z)), velja zveza X+Y+Z= 1, zato lahko barvni vtis. ki ga v očesu ustvari svetloba z zveznim spektrom, prikažemo s točko v barvnem trikotniku (slika 2). Vse barve, ki jih zazna človeško oko so znotraj barvnega trikotnika. Spektralno čiste barve pa so na njegovih robovih: v ogljiščih so modra, zelena in rdeča. V barvnem trikotniku na sliki 2 so prikazane koordinate Zr-N plasti z različno sestavo. Pri tem smo za izvir svetlobe uporabili dnevno svetlobo z znano spektralno porazdelitvijo, odbojnost plasti smo izmerili s fotospektrometrom v podjetju Fotona v Ljubljani, barvni koeficienti pa so. kot je bilo že omenjeno, standardizirani. Dr. Peter Panjan Institut Jožef Štefan. Jamova 39 1001 Ljubljana, p.p 3000 RAZISKAVE IN RAZVOJ, KEMIČNI IZDELKI, EKOTEHNOLOGIJA SLO 61235 RADOMLJE, p.p. 58, TEL.:061/728-007, 727-547, 727-149. F AX 061/728-005 26 VAKUUMIST 16/2(1996) ISSN 0351-9716 USTANOVITEV NOVEGA INŠTITUTA Inštitut za tehnologijo površin in optoelektroniko (ITPO), ki ima status zavoda, deluje od prvega decembra leta 1995. Ustanovljen je bil v času lastninskega preoblikovanja Inštituta za elektroniko in vakuumsko tehniko, p.o. (IEVT), v sodelovanju z Ministrstvom za znanost in tehnologijo (MZT), ustanovitelj pa je Tehnološko-razvojni sklad Republike Slovenije. ITPO zaposluje štirinajst ljudi, od tega devet raziskovalcev, ki imajo na Teslovi 30 v Ljubljani na razpolago laboratorijske in druge prostore v izmeri nekaj več kot 500 m2. Verjetno ne bo odveč kratka razlaga, zakaj je do ustanovitve ITPO sploh prišlo. Ministrstvo za znanost in tehnologijo je že leta 1991 imenovalo štiričlansko komisijo, ki je analizirala kronično slabo stanje IEVT in predlagalo organizacijske spremembe, ki naj bi omogočile avtonomnost manjšinskega raziskovalnega dela IEVT in transparentnost porabe sredstev, namenjenih raziskovalnemu in razvojnemu delu, ki so se tako ali drugače prelivala v večji, proizvodni del IEVT. Žal pa je bilo samo priporočilo MZT prešibko, da bi prišlo do korenite reorganizacije IEVT že v navedenem obdobju, in sledilo je nadaljnje triletno slabšanje razmer in močno osipa-nje raziskovalnega kadra IEVT, od približno petinštirideset raziskovalcev v letu 1992 na manj kot dvajset ob koncu leta 1995. Ustanovitev ITPO je bila torej nujni izhod v sili za skupino raziskovalcev, ki so na svojem področju bili že do tedaj dokaj uspešni, pa tudi trdno vpeti v slovensko in mednarodno raziskovalno sfero ter industrijo. V okviru nove raziskovalne organizacije bomo še povečali aktivnost in kvaliteto dela na specializiranih raziskovalnih področjih. Inštitut za tehnologijo površin in optoelektroniko kot raziskovalni zavod opravlja temeljne, razvojne in aplikativne raziskave na področju naravoslovja in tehnologij. Njegova osnovna dejavnost je na področju preiskav in tehnologij površin trdnih snovi in tankih plasti, vakuumske optoelektronike, tehnike visokega in ultravisokega vakuuma, vakuumskih tehnologij, tehnike plazme, razvoja specialnih elektronk in optoelek-tronskih komponent. Teme petih mladih raziskovalcev nakazujejo smeri prihodnjega razvoja ITPO. Teme treh doktorandov so: vakuumska ploskovna izolacija, interakcija vodikove plazme s površinami trdnih snovi ter preiskave površin z rentgensko fotoelektronsko spektroskopijo (XPS = ESCA), dva pa pripravljata magistrski deli s področja luminiscentnih materialov ter postopkov analize reflektometrskih merilnih rezultatov. Z Laboratorijem za analizo površin in tankih plasti smo vključeni v Nacionalni center za mikrostrukturno in površinsko analizo, v katerem sta še Laboratorij za mikrostrukturno analizo Odseka za keramiko ter Laboratorij za elektronsko mikroskopijo Odseka za fiziko trdne snovi z Instituta Jožef Štefan. Laboratorij na ITPO je specializiran za preiskavo površin trdnih snovi (AES, SAM, SEM) in tankih plasti ter kompozitnih materialov in njihovih faznih mej (TFA). Opravljamo tudi mikroanalizo kovinskih, steklenih in keramičnih materialov (EMPA. EDX, WDX). ITPO dobro sodeluje z najpomembnejšimi slovenskimi tehničnimi inštituti, z univerzama v Ljubljani in Mariboru ter s slovensko industrijo, na primer s Fotono, Cryorefom. Iskro in drugimi Sodelavci ITPO imamo vzpostavljeno dobro bilateralno sodelovanje s priznanimi tujimi institucijami in v okviru mednarodnih projektov v Evropi in ZDA. kar nam omogoča dostop do raziskovalne opreme, ki je v Sloveni|i še nimamo, in do najnovejših informacij, pomembnih za naša raziskovalna področja. Bolj pomembno, kot je naštevanje tujih institucij, so področja dela. na katerih sodelujemo z njimi. Ta so: preiskava reakcij na faznih mejah tankih plasti (MPI Stuttgart, DLR Koln), preiskava večplastnih struktur iz superprevodnih tankih plasti in kovinskih oksidov (FZ, ITP Karlsruhe), preiskava reakcij v trdni fazi (Mufi, Budimpešta), optimizacija profilne analize tankih plasti (PHI, Munchen, PHI. Minnesota), sodelovanje pri izgradnji žarkovnih linij na sinhrotronih (Elettra. Trst, FZ. Karlsruhe, COPERNICUS), tehnike plazme in obdelava površin materialov (Univerza Bratislava. CEEPUS) ter v zadnjem času ionska implan tacija (IAEA, Dunaj). Področje, na katerem ITPO deluje, je v zadnjih letih zapustilo več raziskovalcev, zato je ena glavnih nalog vzgoja novih kadrov za lastne potrebe in kasneje tudi za druge institucije. Področje preiskave površin zastopamo tudi pri rednem in podiplomskem študiju na obeh slovenskih univerzah. Poskrbeti bomo morali tudi za obnovo infrastrukturne opreme za pod ročja. na katerih delamo, pri čemer pričakujemo sode lovanje z MTZ in vsemi zainteresiranimi, ki tovrstne pre iskave neobhodno potrebujejo pri svojem raziskovalnem delu ali v industriji. Nekateri sodelavci ITPO aktivno sodelujemo v Društvu za vakuumsko tehniko Slovenije in v Mednarodni zvezi za vakuumsko znanost, tehniko in aplikacije, kot tudi v uredniških odborih domačih strokovnih časopisov in v tujih recenzijskih odborih. Sodelavci novo ustanovljenega Inštituta za tehnologijo površin in optoelektroniko (ITPO) Dr. A. Zalar 27 ISSN 0351-9716 VAKUUM IST 16/2 (1996) STROKOVNA EKSKURZIJA Obisk članov DVTS pri italijanski družbi SAES Getters v Milanu Društvo za vakuumsko tehniko Slovenije je 14. junija 1996 organiziralo strokovni ogled italijanske družbe SAES Getters v Milanu. Izleta se je udeležilo 17 članov društva. Na pot smo se odpravili že dan prej, ves čas pa nas je spremljala precej huda vročina. Na poti v Milano smo se ustavili v Padovi, kjer smo si ogledali stari del tega mesta. V popoldanskih urah smo prispeli v Milano in si po namestitvi v hotelu ogledali še center tega največjega italijanskega industrijskega središča. Družba SAES Getters, ki smo jo obiskali naslednji dan, deluje na področju vakuumskih tehnologij in je vodilni svetovni proizvajalec uparljivih in neuparljivih getrov, tj. kemičnih črpalk. To so črpalke s površinskim delovanjem za črpanje v visokem in ultra visokem vakuumu. Sestavljene so predvsem iz materialov, kot so barij in aluminij ter cirkonij, vanadij in železo. Te črpalke se uporabljajo predvsem v elektronkah (od miniaturnih do navadnih TV), kjer črpajo molekule plina, ki se desor-birajo s sten in s katode elektronke. Prav tako se uporabljajo za črpanje v vakumskih komorah, svetlobnih ceveh, izolacijskih panelih, sončnih celicah, po-speševalnikih, za prečiščevanje plinov v industriji polprevodnikov, za shranjevanje in reciklažo vodika itd... Družbo je leta 1940 ustanovil dr. ing. Paolo della Porta, ki jo vodi še danes. V štirih tovarnah po svetu je danes zaposlenih preko 800 ljudi. Pokrivajo 80% svetovnega trga s svojimi getri. Posebno pozornost posvečajo raziskavam in razvoju, kjer deluje več kot 10% zaposlenih, prav tako pa razvoju namenjajo velik del svojega prihodka. Poleg tega sodelujejo tudi z zunanjimi inštituti in univerzami in se še spominjajo sodelovanja s pokojnim dr. E. Kanskyjem. Ogledali smo si njihov razvojni oddelek ter del proizvodnje, kjer izdelujejo barijeve getre. Našo pozornost so pritegnili njihovi laboratoriji. Tu opravljajo razne kemične in fizikalne analize, kot so merjenje črpalnih hitrosti novih materialov, analize residualnih plinskih komponent v vakuumu, spremembe sestave getrov, opazujejo pojave na površinah, difuzijo v notranjost getrov ter sintetizirajo nove materiale. Lani je družba sklenila poslovno leto z zelo dobrimi finančnimi rezultati. Njene delnice so se uspele uvrstiti na borzo Wall Street v ZDA, kot prve delnice kakšne italijanske srednje velike zasebne družbe. Našemu obisku so v družbi SAES Getters namenili precejšno pozornost in nam predstavili vse svoje de javnosti, kar gre verjetno pripisati temu. da so nekateri njihovi predstavniki veliki prijatelji in poznavalci Slovenije. Prav tako smo jih tudi mi seznanili z dejavnostmi našega društva in dogajanji na področju vakuumistike v Sloveniji. Janez Kovač. dipl. ing. Inštitut za tehnologijo površin in optoelektroniko Slika 1. Skupinski posnetek pred vhodom v tovarno SAES Getters Slika 2. Laboratoriji v razvojnem oddelku tovarne. 28